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JP2001099710A - Spectrum estimating method of spectral reflectance of multi-band image and spectrum estimating system - Google Patents

Spectrum estimating method of spectral reflectance of multi-band image and spectrum estimating system

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JP2001099710A
JP2001099710A JP27450199A JP27450199A JP2001099710A JP 2001099710 A JP2001099710 A JP 2001099710A JP 27450199 A JP27450199 A JP 27450199A JP 27450199 A JP27450199 A JP 27450199A JP 2001099710 A JP2001099710 A JP 2001099710A
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JP
Japan
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spectral reflectance
spectral
wavelength
spectrum
distribution
Prior art date
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JP27450199A
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Japanese (ja)
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JP3819187B2 (en
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Takashi Murooka
孝 室岡
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Publication of JP2001099710A publication Critical patent/JP2001099710A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spectrum estimating method of a spectral reflectance of a multi-band image and a spectrum estimating system, capable of shortening a processing time for obtaining an estimated spectrum without reducing estimation accuracy of the spectrum effectively, when the multi-band image is photographed by using a variable wavelength filter and the spectrum of the spectral reflectance of a photographing object is estimated by using it. SOLUTION: In this estimating method, a conversion table in which a brightness value obtained by photographing a chart having a known reflectance is made to correspond to the reflectance in each channel of a multi-band image comprising plural original images, is formed beforehand, and the brightness value of the original images of the multi-band image obtained by photographing an object is converted into a reflectance by using the conversion table, to thereby estimate a spectrum of a spectral reflectance of the object. This spectrum estimating system of the spectral reflectance of the multi-band image by using the estimating method of the spectrum is also provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、波長可変フィルタ
を用いて、波長領域が異なる複数のチャンネルで撮影さ
れたマルチバンド画像より、撮影被写体の分光反射率の
スペクトルを推定するマルチバンド画像の分光反射率の
スペクトル推定方法およびこれを用いたスペクトル推定
システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spectral multi-band image for estimating a spectral reflectance spectrum of a photographed object from a multi-band image photographed on a plurality of channels having different wavelength ranges using a wavelength variable filter. The present invention relates to a reflectance estimation method and a spectrum estimation system using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】今日、デジタル画像処理の進歩によっ
て、赤(R)、緑(G)および青(B)の3原色を用い
た3画像によって形成されるカラー画像の他に、波長領
域が異なる少なくとも4チャンネル以上で同一の被写体
を撮影したマルチバンド画像が利用されている。たとえ
ば、絵画等の美術工芸品の分野では、色の忠実な再現を
行なうために、上記マルチバンド画像を用いて整理保存
等を行なっている。また、色再現の良好な画像を得るこ
とのできるフィルムやデジタルカメラの撮像素子の開発
の際、被写体の分光反射率と分光感度とを掛け合わせて
画像データを精度良く得るために、マルチバンド画像を
利用して分光反射率のスペクトルを推定している。特
に、被写体の分光反射率を用いてフィルムの分光感度や
デジタルカメラの撮像素子の分光感度の設計を行なうた
め、被写体の分光反射率を精度良く推定することが重要
である。
2. Description of the Related Art Today, with the advance of digital image processing, a wavelength region is different besides a color image formed by three images using three primary colors of red (R), green (G) and blue (B). A multi-band image obtained by photographing the same subject on at least four channels or more is used. For example, in the field of arts and crafts such as paintings, in order to faithfully reproduce colors, the above multi-band images are used for organizing and saving. Also, when developing a film capable of obtaining an image with good color reproduction or an image sensor of a digital camera, a multiband image must be obtained by multiplying the spectral reflectance of the subject by the spectral sensitivity to obtain accurate image data. Is used to estimate the spectral reflectance spectrum. In particular, since the spectral sensitivity of a film and the spectral sensitivity of an image sensor of a digital camera are designed using the spectral reflectance of a subject, it is important to accurately estimate the spectral reflectance of the subject.

【0003】このようなマルチバンド画像から撮影被写
体の分光反射率を推定するには、一般にマルチバンド画
像のスペクトルを推定するマルチバンド画像のスペクト
ル推定システムが用いられる。このマルチバンド画像の
スペクトル推定システムは、一般に被写体を撮影する際
に、波長領域が異なる少なくとも4チャンネル以上の各
チャンネルに対応して被写体の反射光を透過する波長可
変フィルタと、この透過した透過光を受光して、各チャ
ンネル毎に原画像をデジタル画像として取得するCCD
カメラと、このCCDカメラで取得した原画像から被写
体の分光反射率のスペクトルを推定する処理アルゴリズ
ムを備えたソフトウェアとこのソフトウェアを実行する
コンピュータとから成る分光反射率のスペクトル推定装
置とから構成される。
[0003] In order to estimate the spectral reflectance of a photographic subject from such a multi-band image, a multi-band image spectrum estimating system for estimating the spectrum of the multi-band image is generally used. This multi-band image spectrum estimating system generally includes a wavelength tunable filter that transmits reflected light of a subject corresponding to at least four or more channels having different wavelength ranges when capturing a subject, CCD that receives light and acquires the original image as a digital image for each channel
A camera, a software having a processing algorithm for estimating a spectral reflectance spectrum of a subject from an original image acquired by the CCD camera, and a spectral reflectance spectrum estimating apparatus including a computer executing the software. .

【0004】ここで、上記分光反射率のスペクトル推定
装置は、一般に以下の方法で分光反射率のスペクトル推
定を行っている。すなわち、原画像のCCDカメラで受
光して得られる測定値である出力信号値Vi (i=1〜
n、nはチャンネル数)、すなわち、マルチバンド画像
の各チャンネルの画像データ値であるQL値が、撮影時
の既知の照明光の分光強度分布E(λ)と、既知のCC
Dカメラの分光感度分布S(λ)と、波長可変フィルタ
の既知の分光透過率分布fi (λ)と、光学系の既知の
分光透過率分布L(λ)によって、式(1)のように表
されるので、式(1)の積分を分解して式(2)で示さ
れる行列から、被写体固有の分光反射率のスペクトル分
布O(λj )(j=1〜m、mは被写体分光反射率の測
定点数)を求めている。チャンネル数nが被写体分光反
射率の測定点数mに等しい場合、式(2)の行列Fが正
方行列となって行列Fの逆行列を解析的に求めることが
できるが、一般にチャンネル数nは被写体分光反射率の
測定点数mに比べて小さいため、公知のWiener推定方法
によって(最小自乗法によって)、行列Fの疑似逆行列
に相当する推定行列Gを用いて式(3)のように推定す
る。ここで、Ek k k ・fl は、E(λk )・L
(λk )・S(λk )・fl(λk )・Δλであり、O
k は、O(λk )である。
Here, the above-mentioned spectral reflectance spectrum estimating apparatus generally estimates the spectral reflectance spectrum by the following method. That is, the output signal value V i (i = 1 to 1) which is a measurement value obtained by receiving the original image by the CCD camera.
n, n are the number of channels), that is, the QL value which is the image data value of each channel of the multi-band image is obtained by using a known illumination light spectral intensity distribution E (λ) at the time of shooting and a known CC
The spectral sensitivity distribution S (λ) of the D camera, the known spectral transmittance distribution f i (λ) of the wavelength tunable filter, and the known spectral transmittance distribution L (λ) of the optical system are represented by Expression (1). The spectral distribution O (λ j ) of the spectral reflectance specific to the subject (j = 1 to m, where m is the subject) is obtained by decomposing the integral of Expression (1) and deriving the matrix represented by Expression (2). (The number of measurement points of the spectral reflectance). When the number n of channels is equal to the number m of measurement points of the spectral reflectance of the subject, the matrix F in Expression (2) becomes a square matrix, and the inverse matrix of the matrix F can be analytically obtained. Since the number of measurement points of the spectral reflectance m is smaller than the number m, the estimation is performed by the known Wiener estimation method (by the least square method) using the estimation matrix G corresponding to the pseudo inverse matrix of the matrix F as shown in Expression (3). . Here, E k L k S k · f l is E (λ k ) · L
k ) · S (λ k ) · f lk ) · Δλ, and O
k is O (λ k ).

【数1】 (Equation 1)

【数2】 (Equation 2)

【数3】 (Equation 3)

【0005】また、分光反射率のスペクトル推定装置で
は、上記推定方法の他に、撮影被写体固有のスペクトル
波形からなる固有ベクトルを予め求めておき、この固有
ベクトルを用いて、分光反射率のスペクトル分布を推定
するといった主成分分析法も用いられている。
In the spectral reflectance spectrum estimating apparatus, in addition to the above estimating method, an eigenvector composed of a spectral waveform specific to a photographing subject is obtained in advance, and the spectral distribution of the spectral reflectance is estimated using the eigenvector. Principal component analysis, such as performing the analysis, is also used.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の推定方
法では、チャンネル数nが被写体分光反射率の測定点数
mに等しい場合、上述したように分光反射率のスペクト
ル分布を解析的に求めることができるが、より精度の高
い分光反射率のスペクトル推定を行うには、被写体分光
反射率の測定点数mおよびチャンネル数nを増やして、
行列のサイズを大きくしなければならず、そのため、式
(2)の行列Fの逆行列を求めるのに時間がかかり、O
(λk )を比較的短時間に得ることができない。また、
Wiener推定方法でも、行列Fの疑似逆行列に相当する推
定行列Gがm×n行列となって行列のサイズが大きくな
り、推定行列Gを計算するのに時間がかかる。その結
果、被写体の分光反射率のスペクトルを推定するのに多
大な時間を要する不都合が生じる。また、後者の主成分
分析による推定方法では、撮影被写体がわかっていれ
ば、固有ベクトルを用いて精度良く分光反射率のスペク
トル分布を推定することができるものの、撮影被写体が
固定されず、固有ベクトルがわからない場合、推定され
る分光反射率のスペクトル分布の精度は悪くなるといっ
た問題もあった。
However, in the former estimation method, when the number n of channels is equal to the number m of measurement points of the spectral reflectance of the object, the spectral distribution of the spectral reflectance is analytically obtained as described above. Although it is possible, in order to perform more accurate spectral reflectance estimation, the number m of measurement points of the spectral reflectance of the subject and the number n of channels are increased.
The size of the matrix must be increased, so that it takes time to find the inverse of the matrix F in equation (2), and O
k ) cannot be obtained in a relatively short time. Also,
Also in the Wiener estimation method, the estimation matrix G corresponding to the pseudo inverse matrix of the matrix F becomes an m × n matrix, the size of the matrix increases, and it takes time to calculate the estimation matrix G. As a result, there is a disadvantage that it takes a lot of time to estimate the spectrum of the spectral reflectance of the subject. In the latter estimation method based on principal component analysis, if the shooting subject is known, the spectral distribution of the spectral reflectance can be accurately estimated using the eigenvector, but the shooting subject is not fixed and the eigenvector is unknown. In this case, there is a problem that the accuracy of the spectral distribution of the estimated spectral reflectance is deteriorated.

【0007】また、本来、分光反射率のスペクトルは、
滑らかな曲線によって表されるものであり、上記方法で
得られたスペクトルは、チャンネル毎の波長領域の分光
反射率によって表されるため、波長の数を増やす補間を
行い滑らかな曲線に近づけるのが望ましいが、線型な補
間を行うため滑らかなスペクトルを得ることができなか
った。さらに、波長可変フィルタとして用いられる液晶
チューナブルフィルタの分光透過率は、ピーク波長及び
半値幅が液晶の温度によって変化する温度依存性を有す
るため、撮影時の温度変化を考慮せず分光反射率のスペ
クトルを推定する従来の分光反射率のスペクトル推定方
法では、不正確な分光反射率のスペクトルしか得られな
かった。
[0007] Originally, the spectrum of the spectral reflectance is
It is represented by a smooth curve, and the spectrum obtained by the above method is represented by the spectral reflectance of the wavelength region for each channel. Although desirable, a smooth spectrum could not be obtained due to linear interpolation. Furthermore, the spectral transmittance of a liquid crystal tunable filter used as a wavelength tunable filter has a temperature dependence in which the peak wavelength and the half-value width change with the temperature of the liquid crystal. In the conventional spectral reflectance spectrum estimating method for estimating the spectrum, only an incorrect spectral reflectance spectrum was obtained.

【0008】このように、分光反射率のスペクトルを推
定する際、行列サイズの大きな逆行列を求めるためこの
処理に計算時間がかかり、さらにその処理方法も煩雑で
あった。また、被写体分光反射率の測定点数mがチャン
ネル数nに比べて多い場合に用いられる最小自乗法によ
るWiener推定方法は、撮影されたマルチバンド画像を構
成する原画像内に含まれるノイズ成分を最小自乗法によ
って抑制するために用いるのではなく、推定する分光反
射率のスペクトルの推定点数を増やすためにのみ用いら
れ、しかも、疑似逆行列を求める際の行列サイズが大き
くなり、多大な処理時間を必要とした。また、主成分分
析による方法では、上述したように予め揃えた固有スペ
クトルによって表されない撮影被写体の場合、スペクト
ルの推定精度が悪かった。さらに、滑らかな曲線である
分光反射率のスペクトルに合わせて推定されたスペクト
ルの波長の数を直線補間によって増やすと、本来の曲線
と異なり凹凸のあるスペクトル分布しか得られなかっ
た。さらに、波長可変フィルタとして液晶チューナブル
フィルタを用いた場合、液晶チューナブルフィルタの分
光透過率のピーク波長および半値幅に温度依存性がある
ため、推定された分光反射率のスペクトルは不正確であ
った。
As described above, when estimating the spectrum of the spectral reflectance, this processing takes a long time to calculate an inverse matrix having a large matrix size, and the processing method is complicated. In addition, the Wiener estimation method by the least squares method used when the number of measurement points m of the subject spectral reflectance is larger than the number of channels n minimizes a noise component included in an original image constituting a captured multiband image. Rather than being used to suppress by the square method, it is used only to increase the number of estimated points of the spectrum of the spectral reflectance to be estimated.Moreover, the matrix size when obtaining the pseudo-inverse matrix increases, and a large processing time is taken. Needed. In the method based on the principal component analysis, as described above, in the case of a photographing subject that is not represented by the eigen spectrum prepared in advance, the accuracy of spectrum estimation is poor. Furthermore, when the number of wavelengths of the spectrum estimated according to the spectrum of the spectral reflectance, which is a smooth curve, is increased by linear interpolation, only a spectral distribution having irregularities different from the original curve was obtained. Furthermore, when a liquid crystal tunable filter is used as a wavelength tunable filter, the spectrum of the estimated spectral reflectance is inaccurate because the peak wavelength and the half-value width of the spectral transmittance of the liquid crystal tunable filter are temperature-dependent. Was.

【0009】そこで、本発明は、上記問題点を解決すべ
く、波長可変フィルタを用いてマルチバンド画像を撮影
し、これを用いて撮影被写体の分光反射率のスペクトル
を推定する際に、実効的にスペクトルの推定精度を落す
ことなく、推定スペクトルを求める処理時間を短縮する
マルチバンド画像の分光反射率のスペクトル推定方法お
よびスペクトル推定システムを提供することを目的とす
る。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention takes a multi-band image using a wavelength tunable filter and estimates the spectral reflectance spectrum of the photographed subject using the image. It is an object of the present invention to provide a spectrum estimation method and a spectrum estimation system of a spectral reflectance of a multiband image, which can reduce a processing time for obtaining an estimated spectrum without lowering a spectrum estimation accuracy.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、波長可変フィルタを用いて、撮影波長領
域を複数チャンネルに分割し、各チャンネルに対応して
同一の被写体を撮影手段により撮影した複数の原画像か
ら成るマルチバンド画像を得、このマルチバンド画像か
ら前記被写体の分光反射率のスペクトルを推定する方法
であって、前記波長可変フィルタは、チャンネル数が1
0チャンネル以上であって、全チャンネルの分光透過率
分布の平均波長半値幅が40nm以下である波長可変フ
ィルタであり、前記チャンネル毎に、分光反射率が既知
のチャートを撮影して得られるQL値を前記分光反射率
と対応させた変換テーブルを予め作成し、マルチバンド
画像の各チャンネルの原画像のQL値から前記変換テー
ブルを用いて、分光反射率に変換することによって、被
写体の分光反射率のスペクトルを推定することを特徴と
するマルチバンド画像の分光反射率のスペクトル推定方
法を提供するものである。ここで、波長可変フィルタと
は、1素子で電気的に分光透過率を瞬時に変化させるフ
ィルタを指す。
In order to achieve the above object, the present invention divides a photographing wavelength region into a plurality of channels by using a wavelength variable filter, and photographs the same subject corresponding to each channel. Obtaining a multi-band image composed of a plurality of original images photographed by the method, and estimating the spectrum of the spectral reflectance of the subject from the multi-band image, wherein the wavelength variable filter has one channel.
A wavelength tunable filter having 0 or more channels and an average half-width of the spectral transmittance distribution of all channels of 40 nm or less, and a QL value obtained by photographing a chart having a known spectral reflectance for each channel. Is converted in advance into a conversion table in correspondence with the spectral reflectance, and the QL value of the original image of each channel of the multi-band image is converted into the spectral reflectance using the conversion table, thereby obtaining the spectral reflectance of the subject. The present invention provides a method for estimating a spectral reflectance spectrum of a multiband image, which is characterized by estimating a spectrum of a multiband image. Here, the variable wavelength filter refers to a filter that electrically changes the spectral transmittance instantaneously with one element.

【0011】その際、前記波長可変フィルタは、液晶チ
ューナブルフィルタであるのが好ましく、また、推定さ
れた前記被写体の分光反射率のスペクトル分布に対し
て、前記チャンネルの波長領域での前記波長可変フィル
タの分光透過率分布と、前記撮影手段の分光感度分布
と、撮影時の撮影照明光の分光強度分布との積によって
定まる1つの装置関数を用いて、デコンボリューション
処理を行って被写体の分光反射率のスペクトルを較正す
るのが好ましい。ここで、液晶チューナブルフィルタと
は、複屈折結晶素子と液晶素子を偏向板によって挟んだ
構造を複数段持ち、液晶の複屈折率効果を利用して、機
械的な稼働部を用いず、電気的に透過率の中心波長が任
意に選択できる液晶フィルタ(Lyot型)である。その
際、前記デコンボリューション処理は、行列演算を用い
て行われるのが好ましく、画素数が少ない場合、例えば
10万画素未満の場合は、フーリエ変換を用いて行われ
るのが好ましく、フーリエ変換を用いる場合、FFTを
利用するのが好ましい。また、前記装置関数は、前記チ
ャンネルによって撮影される波長領域の中心波長から上
下50nmの範囲内で値を有する装置関数が選択される
のが好ましい。
In this case, it is preferable that the tunable filter is a liquid crystal tunable filter, and the tunable filter in the wavelength region of the channel corresponds to the estimated spectral distribution of the spectral reflectance of the subject. Using one device function determined by the product of the spectral transmittance distribution of the filter, the spectral sensitivity distribution of the photographing means, and the spectral intensity distribution of the photographing illumination light at the time of photographing, the spectral reflection of the subject is performed by performing deconvolution processing. Preferably, the rate spectrum is calibrated. Here, the liquid crystal tunable filter has a multi-stage structure in which a birefringent crystal element and a liquid crystal element are sandwiched by a deflecting plate. This is a liquid crystal filter (Lyot type) in which the center wavelength of transmittance can be arbitrarily selected. At this time, the deconvolution processing is preferably performed using a matrix operation. When the number of pixels is small, for example, when the number of pixels is less than 100,000 pixels, the deconvolution processing is preferably performed using a Fourier transform, and the Fourier transform is used. In this case, it is preferable to use FFT. In addition, it is preferable that a device function having a value within a range of 50 nm above and below the center wavelength of a wavelength region captured by the channel is selected as the device function.

【0012】さらに、前記デコンボリューション処理を
行う前に、前記波長可変フィルタの半値幅に応じて、前
記被写体の分光反射率のスペクトルの波長を圧縮または
伸張し、さらに、前記デコンボリューション処理を行っ
た後に、前記波長の圧縮または伸張に対応して、デコン
ボリューション処理によって得られた被写体の分光反射
率のスペクトルの波長を伸張または圧縮する逆変換を施
すことが好ましい。また、前記デコンボリューション処
理を行う際に、波長可変フィルタの温度依存性を補償す
るフィルタ温度補正を行うのが好ましく、前記フィルタ
温度補正は、分光反射率分布が既知で、波長に対して急
激な変化を示す彩度の高いカラーチャートを撮影し、こ
れを用いてカラーチャートの分光反射率分布を求め、こ
の求めた分光反射率分布の波形と既知の前記分光反射率
の波形とが一致する波長のシフト量を求め、この求めた
シフト量に応じて、前記被写体の分光反射率分布の補正
を行うのが好ましい。また、前記波長可変フィルタは、
液晶部を備える液晶チューナブルフィルタであり、前記
フィルタ温度補正は、前記液晶チューナブルフィルタの
前記液晶部に接する温度計から得られる前記液晶部の温
度とこの液晶チューナブルフィルタの分光透過率分布と
の関係を予め特性データとして記憶し、マルチバンド画
像の撮影の際の前記液晶部の温度から、液晶チューナブ
ルフィルタの分光透過率分布の波長のシフト量を求め、
このシフト量に応じて、前記被写体の分光反射率分布を
補正するものであってもよい。
Further, before performing the deconvolution processing, the wavelength of the spectrum of the spectral reflectance of the subject is compressed or expanded according to the half-value width of the variable wavelength filter, and the deconvolution processing is performed. It is preferable to perform an inverse transformation to expand or compress the wavelength of the spectrum of the spectral reflectance of the subject obtained by the deconvolution processing, corresponding to the compression or expansion of the wavelength. Further, when performing the deconvolution processing, it is preferable to perform filter temperature correction for compensating for the temperature dependence of the wavelength tunable filter, and the filter temperature correction has a known spectral reflectance distribution and is abrupt with respect to wavelength. A color chart with high saturation indicating a change is photographed, and a spectral reflectance distribution of the color chart is obtained using the captured color chart, and a wavelength at which a waveform of the obtained spectral reflectance distribution matches a known waveform of the spectral reflectance. It is preferable that the shift amount of the object is calculated, and the spectral reflectance distribution of the subject is corrected in accordance with the obtained shift amount. Further, the tunable filter includes:
A liquid crystal tunable filter including a liquid crystal unit, wherein the filter temperature correction includes a temperature of the liquid crystal unit obtained from a thermometer in contact with the liquid crystal unit of the liquid crystal tunable filter and a spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter. Is stored in advance as characteristic data, and the shift amount of the wavelength of the spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter is obtained from the temperature of the liquid crystal unit at the time of capturing a multi-band image,
The spectral reflectance distribution of the subject may be corrected according to the shift amount.

【0013】また、前記デコンボリューション処理を行
う前に、前記被写体の分光反射率のスペクトルに対し
て、各チャンネルの中心波長間を非線形な内挿補間によ
って分光反射率のスペクトルのデータ数を増やし、この
増加した分光反射率のスペクトルを用いて、前記デコン
ボリューション処理を行うのが好ましい。なお、データ
数の増加した前記分光反射率のスペクトルは、波長間隔
が10nm以下であるのが好ましい。
Further, before performing the deconvolution processing, the number of spectral reflectance spectrum data is increased by nonlinear interpolation between the center wavelengths of the respective channels with respect to the spectral reflectance spectrum of the subject. It is preferable to perform the deconvolution processing using the spectrum of the increased spectral reflectance. It is preferable that the spectrum of the spectral reflectance with the increased number of data has a wavelength interval of 10 nm or less.

【0014】また、本発明は、被写体を撮影する撮影手
段と、前記撮影手段で被写体を撮影する際に、撮影波長
領域を複数チャンネルに分割し、このチャンネルに対応
した波長領域で被写体の反射光を透過する波長可変フィ
ルタと、前記チャンネル毎に、分光反射率が既知のチャ
ートを撮影して得られるQL値を前記分光反射率と対応
させた変換テーブルを予め作成し、前記撮影手段および
前記波長可変フィルタを用いて撮影されたマルチバンド
画像の各チャンネルの原画像のQL値から前記変換テー
ブルを用いて、分光反射率に変換することによって、被
写体の分光反射率のスペクトルを推定する分光反射率ス
ペクトル推定装置とを備えることを特徴とするマルチバ
ンド画像のスペクトル推定システムを提供するものであ
る。
According to the present invention, there is provided a photographing means for photographing a subject, and when photographing the subject with the photographing means, a photographing wavelength region is divided into a plurality of channels, and reflected light of the subject is reflected in a wavelength region corresponding to the channel. And a conversion table in which a QL value obtained by photographing a chart having a known spectral reflectance is associated with the spectral reflectance for each of the channels, and the imaging means and the wavelength Spectral reflectance for estimating the spectrum of the subject's spectral reflectance by converting the QL value of the original image of each channel of the multi-band image captured using the variable filter into the spectral reflectance using the conversion table A spectrum estimation system for a multi-band image, comprising: a spectrum estimation device.

【0015】その際、前記分光反射率スペクトル推定装
置は、前記チャンネルの波長領域で被写体の反射光を透
過する前記波長可変フィルタの分光透過率分布と、撮影
手段の分光感度分布と、撮影時の撮影照明光の分光強度
分布との積によって定まる1つの装置関数を用いて、推
定された前記被写体の分光反射率のスペクトルに対して
デコンボリューション処理を行って被写体の分光反射率
のスペクトルを較正するのが好ましい。
At this time, the spectral reflectance spectrum estimating apparatus includes a spectral transmittance distribution of the wavelength tunable filter transmitting the reflected light of the subject in the wavelength region of the channel, a spectral sensitivity distribution of the photographing means, Using one device function determined by the product of the spectral intensity distribution of the photographing illumination light and the estimated spectral reflectance spectrum of the subject, deconvolution processing is performed to calibrate the spectral reflectance spectrum of the subject. Is preferred.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明のマルチバンド画像
の分光反射率のスペクトル推定方法およびスペクトル推
定システムについて、添付の図面に示される好適実施例
を基に詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method and system for estimating the spectral reflectance of a multiband image according to the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

【0017】図1は、本発明のマルチバンド画像の分光
反射率のスペクトル推定方法を実施し、また本発明のマ
ルチバンド画像の分光反射率のスペクトル推定システム
の一例でもあるマルチバンド画像分光反射率のスペクト
ル推定システム(以降、本システムという)10を示
す。本システム10は、同一被写体を、波長領域が異な
る少なくとも10チャンネル以上で撮影する撮影手段と
してのCCDカメラ12と、CCDカメラ12で被写体
を撮影する際に、チャンネルに対応する波長領域で被写
体反射光を透過する波長可変フィルタとしての液晶チュ
ーナブルフィルタ14と、撮影被写体の分光反射率のス
ペクトルを推定する分光反射率スペクトル推定装置16
とを有して構成される。
FIG. 1 illustrates a method for estimating the spectral reflectance of a multi-band image according to the present invention, and is also an example of a system for estimating the spectral reflectance of a multi-band image according to the present invention. Of the spectrum estimation system (hereinafter, referred to as the present system) 10 of FIG. The system 10 includes a CCD camera 12 as a photographing means for photographing the same subject in at least 10 channels having different wavelength regions, and a subject reflected light in a wavelength region corresponding to a channel when the subject is photographed by the CCD camera 12. Liquid crystal tunable filter 14 as a wavelength tunable filter that transmits light, and a spectral reflectance spectrum estimating device 16 for estimating the spectral reflectance spectrum of the photographing subject
And is configured.

【0018】CCDカメラ12は、複数のチャンネル、
例えば16チャンネルの各チャンネル毎に特定波長領域
で光を透過するように、分光透過率分布が制御された後
述する液晶チューナブルフィルタ14を介して得られる
透過光を、エリア状に配列したCCD素子の受光面で結
像させ、波長領域の異なる各チャンネルごとに撮影被写
体を撮影した原画像を得る撮影手段である。すなわち、
チャンネル数が16チャンネルであれば、16枚の原画
像が得られる。CCDカメラ12の画素数や画素サイズ
は制限されず、公知のサイズ、例えば1024×102
4ピクセルであり、公知の画素サイズ、例えば12×1
2μmであってもよい。
The CCD camera 12 has a plurality of channels,
For example, a CCD device in which transmitted light obtained through a liquid crystal tunable filter 14 whose spectral transmittance distribution is controlled so as to transmit light in a specific wavelength region for each channel of 16 channels, which is described later, is arranged in an area. Is an imaging means for forming an image on the light receiving surface and obtaining an original image of an imaging subject for each channel having a different wavelength region. That is,
If the number of channels is 16, 16 original images are obtained. The number of pixels and the pixel size of the CCD camera 12 are not limited, and are known sizes, for example, 1024 × 102
4 pixels, a known pixel size, for example, 12 × 1
It may be 2 μm.

【0019】液晶チューナブルフィルタ14は、複数の
チャンネル毎に特定波長領域で撮影被写体からの反射光
を透過することができるように、制御電圧を制御するこ
とによって所望のバンドパスフィルタとしての特性を得
る波長可変フィルタであり、チャンネル数が10以上で
あって、全チャンネルの分光透過率分布の平均波長半値
幅が40nm以下のものである。チャンネル数として
は、上限80程度、半値幅の下限は5nm程度が好まし
い。半値幅としては、更に15〜35nmであることが
好ましい。液晶チューナブルフィルタ14は、オペレー
タの設定したチャンネル数および各チャンネルに対応し
た波長領域に対応して、例えば、図2に示すようなピー
ク値を持つバンドパスフィルタを得ることができる。図
2では、410〜710nmの撮影波長領域を16のチ
ャンネルで分割した例を示している。このように、液晶
チューナブルフィルタ14によって各チャンネル毎に設
けられたバンドパスフィルタを透過した被写体の反射光
は特定波長の透過光として、CCDカメラ12で受光さ
れ出力信号が得られる。なお、従来のマルチバンド画像
を得るためのフィルタのチャンネル数は、6〜8チャン
ネルであるが、液晶チューナブルフィルタ14において
は、チャンネル数を12チャンネル以上とすることがで
きる。本実施例では、液晶チューナブルフィルタ14を
波長可変フィルタとして用いているが、1素子で電気的
に分光透過率を瞬時に変化させるフィルタであればいず
れであってもよく、液晶チューナブルフィルタ14の替
わりに音響光学フィルタを用いてもよい。
The liquid crystal tunable filter 14 controls the control voltage so as to transmit the reflected light from the photographing subject in a specific wavelength region for each of a plurality of channels, thereby providing a desired band-pass filter characteristic. A wavelength tunable filter to be obtained, wherein the number of channels is 10 or more, and the average wavelength half width of the spectral transmittance distribution of all channels is 40 nm or less. The upper limit of the number of channels is preferably about 80, and the lower limit of the half width is preferably about 5 nm. The half width is more preferably 15 to 35 nm. The liquid crystal tunable filter 14 can obtain, for example, a band-pass filter having a peak value as shown in FIG. 2 corresponding to the number of channels set by the operator and the wavelength region corresponding to each channel. FIG. 2 shows an example in which the imaging wavelength region of 410 to 710 nm is divided by 16 channels. As described above, the reflected light of the subject transmitted through the band-pass filters provided for each channel by the liquid crystal tunable filter 14 is received by the CCD camera 12 as transmitted light of a specific wavelength, and an output signal is obtained. The number of channels of a conventional filter for obtaining a multiband image is 6 to 8 channels. However, in the liquid crystal tunable filter 14, the number of channels can be 12 or more. In this embodiment, the liquid crystal tunable filter 14 is used as a wavelength tunable filter. However, any filter that can electrically change the spectral transmittance instantaneously with one element may be used. Alternatively, an acousto-optic filter may be used.

【0020】分光反射率スペクトル推定装置16は、C
CDカメラ12で受光して得られた出力信号をA/D変
換してデジタル画像データを得、DCオフセットの補正
等を行って、マルチバンド画像を構成する原画像の画像
データとするデータ処理部18と、マルチバンド画像の
撮影時に同時に撮影された分光反射率が既知のマクベス
チャートの画像からグレーパッチの画像データ値、すな
わちQL値とこの既知の分光反射率の値との関係を対応
付けて作成した1次元ルックアップテーブル(以降、ル
ックアップテーブルをLUTという)20と、データ処
理部18で得られた原画像の画像データ値であるQL値
から、1次元LUT20を用いて分光反射率の値に変換
し、分光反射率を推定する分光反射率スペクトル算出部
22と、得られた分光反射率の値のノイズ成分を除去す
るノイズ除去処理部24と、後述するフィルタ温度の補
正を波長のシフト量で調整する波長シフト処理部25
と、分光反射率スペクトル算出部22で得られた分光反
射率の各波長間を直線補間して、チャンネル数を増加す
る内挿補間処理部26と、液晶チューナブルフィルタ1
4のバンドバスフィルタとしての特性である半値幅に応
じて、分光反射率スペクトル算出部22で得られた分光
反射率の波長を圧縮または伸張する圧縮・伸張処理部2
8と、マルチバンド画像の撮影時に同時に撮影されたマ
クベスチャートの中から、赤(R)、緑(G)および青
(B)の色ように彩度が高く分光反射率が波長に対して
急激に変化するパッチの分光反射率をデータとして備
え、後述するフィルタ温度補正部32で温度補正を行う
ために用いる温度補正用分光反射率データ部30と、液
晶チューナブルフィルタ14の温度補正を行うフィルタ
温度補正部32と、液晶チューナブルフィルタ14のバ
ンドバスフィルタとしての特性である半値幅の各チャン
ネル間での重なりによって鈍った分光反射率のスペクト
ル分布のシャープネス劣化復元処理(デコンボリューシ
ョン処理)を行い、較正した分光反射率のスペクトルを
得るデコンボリューション処理部34と、圧縮・伸張処
理部28で行った波長の圧縮または伸張に対応して、較
正された分光反射率のスペクトルの波長を伸張または圧
縮して復元する伸張・圧縮逆変換部36とを主に備え
る。
The spectral reflectance spectrum estimating device 16 calculates C
A data processing unit that A / D converts an output signal obtained by receiving light from the CD camera 12 to obtain digital image data, corrects a DC offset, and converts the output signal into image data of an original image forming a multiband image. 18 and the relationship between the image data value of the gray patch, that is, the QL value, and the value of the known spectral reflectance from the image of the Macbeth chart whose spectral reflectance is simultaneously known when the multiband image is captured. From the created one-dimensional look-up table (hereinafter referred to as a LUT) 20 and the QL value which is the image data value of the original image obtained by the data processing unit 18, the spectral reflectance is calculated using the one-dimensional LUT 20. A spectral reflectance spectrum calculating unit 22 that converts the spectral reflectance into a value and estimates a spectral reflectance, and a noise removal process that removes a noise component of the obtained spectral reflectance value 24, wavelength shift processing unit 25 for adjusting a shift amount of the wavelength correcting filter temperature to be described later
An interpolation processing unit 26 that linearly interpolates between the wavelengths of the spectral reflectance obtained by the spectral reflectance spectrum calculation unit 22 to increase the number of channels;
4, a compression / expansion processing unit 2 that compresses or expands the wavelength of the spectral reflectance obtained by the spectral reflectance spectrum calculation unit 22 in accordance with the half-width that is a characteristic of the bandpass filter.
8, among the Macbeth charts taken at the same time when the multi-band image is taken, the saturation is high and the spectral reflectance is sharp with respect to the wavelength, such as red (R), green (G) and blue (B). And a filter for correcting the temperature of the liquid crystal tunable filter 14, which includes a spectral reflectance of the liquid crystal tunable filter 14. The sharpness degradation restoration processing (deconvolution processing) of the spectral distribution of the spectral reflectance that has become dull due to the overlap between the channels having a half-value width, which is the characteristic of the liquid crystal tunable filter 14 as a bandpass filter, is performed. , A deconvolution processing unit 34 that obtains a spectrum of the calibrated spectral reflectance, and a wave that has been In response to compression or decompression of mainly and a decompression and compression inverse transform unit 36 to restore the wavelength of the spectrum of the calibrated spectral reflectance stretched or compressed into.

【0021】本実施例における分光反射率スペクトル推
定装置16を構成する上記各構成部はソフトウェアの機
能として、コンピュータで実行されるものであるが、ソ
フトウェアに限られず、構成部の一部または全部の機能
が、ハードウェアで実施されるものであってもよい。
The components constituting the spectral reflectance spectrum estimating apparatus 16 in this embodiment are executed by a computer as software functions. However, the present invention is not limited to software, and some or all of the components may be implemented. The functions may be implemented in hardware.

【0022】データ処理部18は、CCDカメラ12で
受光して得られた出力信号をA/D変換してディジタル
画像データを得、DCオフセットの補正を行って、次い
で暗時補正をかけ、この後、画像データをLOG変換
し、シェーディング補正を行い、マルチバンド画像を構
成する原画像の画像データのQL値を得る部分である。
得られた原画像のQL値は、分光反射率スペクトル算出
部22に送られる。
The data processing section 18 performs A / D conversion of an output signal obtained by receiving light by the CCD camera 12, obtains digital image data, corrects DC offset, and then applies darkness correction. Thereafter, the image data is subjected to LOG conversion, shading correction is performed, and a QL value of the image data of the original image forming the multi-band image is obtained.
The QL value of the obtained original image is sent to the spectral reflectance spectrum calculation unit 22.

【0023】1次元LUT20は、被写体撮影時に、C
CDカメラ12および液晶チューナブルフィルタ14を
用いて、被写体撮影時のチャンネル数および波長領域と
同じマルチバンド画像としてマクベスチャートを撮影
し、得られたマクベスチャートの画像のうち6段目の分
光反射率が既知のグレーパッチのQL値と、この既知の
分光反射率とを対応させたマクベス1次元LUTを備え
る部分であり、分光反射率スペクトル算出部22で分光
反射率を算出する際に、1次元LUT20で作成された
LUTが参照される。なお、本発明において用いられる
チャートはマクベスチャートに限られず、分光反射率が
既知であるチャートであればいずれであってもよい。
The one-dimensional LUT 20 stores a C
Using a CD camera 12 and a liquid crystal tunable filter 14, a Macbeth chart is photographed as a multi-band image having the same number of channels and a wavelength region at the time of photographing the subject, and the spectral reflectance of the sixth stage of the obtained Macbeth chart image is obtained. Is a portion provided with a Macbeth one-dimensional LUT that associates the QL value of a known gray patch with the known spectral reflectance. When the spectral reflectance spectrum calculating section 22 calculates the spectral reflectance, The LUT created by the LUT 20 is referred to. The chart used in the present invention is not limited to the Macbeth chart, and may be any chart as long as its spectral reflectance is known.

【0024】分光反射率スペクトル算出部22は、デー
タ処理部18で得られた被写体を撮影した原画像の画像
データのQL値から、1次元LUT20を参照して分光
反射率の値に変換し、分光反射率を得る部分である。1
次元LUT20に参照データが存在しない場合は、内挿
補間あるいは外挿補外等によって分光反射率の値を求め
るが、内挿補間や外挿補外の方法は特に限定されず、公
知の方法、たとえば直線補間やラグランジェ補間等の公
知の方法が可能である。得られた分光反射率のデータ
は、ノイズ除去処理部24に送られる。
The spectral reflectance spectrum calculator 22 converts the QL value of the image data of the original image of the subject obtained by the data processor 18 into a spectral reflectance value with reference to the one-dimensional LUT 20. This is the part for obtaining the spectral reflectance. 1
If the reference data does not exist in the dimensional LUT 20, the value of the spectral reflectance is obtained by interpolation or extrapolation, but the method of interpolation or extrapolation is not particularly limited. For example, known methods such as linear interpolation and Lagrange interpolation can be used. The obtained data of the spectral reflectance is sent to the noise removal processing unit 24.

【0025】ノイズ除去処理部24は、原画像に含まれ
るノイズ成分を除去する処理部であり、短波長側のチャ
ンネルの原画像では、ノイズ除去の強度を強くし、長波
長側のチャンネルの原画像では、ノイズ除去の強度を弱
くするように構成される。このように構成するのは、液
晶チューナブルフィルタ14の分光透過率が、図2に示
すように、短波長側のチャンネルでは透過率が低く、十
分な光量を確保できず、ノイズを拾い易く、一方、長波
長側のチャンネルでは透過率が高く、十分な光量を確保
できノイズ成分を拾い難いためである。ノイズ除去の方
法として、特に制限されず、例えば、分光透過率のピー
ク値が0.1以下になれば、自動的にメディアンフィル
タをon−off的に使用する方法が挙げられる。ノイ
ズ除去された分光反射率のデータは、波長シフト処理部
25に送られる。
The noise removal processing section 24 is a processing section for removing a noise component contained in the original image. In the original image of the short wavelength side channel, the noise removal strength is increased, and the original image of the long wavelength side channel is removed. The image is configured to weaken the strength of noise removal. With such a configuration, the spectral transmittance of the liquid crystal tunable filter 14 is low in the channel on the short wavelength side as shown in FIG. 2, a sufficient amount of light cannot be secured, and noise is easily picked up. On the other hand, in the channel on the long wavelength side, the transmittance is high, a sufficient amount of light can be secured, and it is difficult to pick up noise components. The method for removing noise is not particularly limited. For example, there is a method of automatically using a median filter on-off when the peak value of the spectral transmittance becomes 0.1 or less. The spectral reflectance data from which noise has been removed is sent to the wavelength shift processing unit 25.

【0026】波長シフト処理部25は、ノイズ除去され
た分光反射率のデータについて、液晶チューナブルフィ
ルタ14の温度に起因する温度補正を波長のシフト量に
よって調整する部分であり、後述するフィルタ温度補正
部32で得られたシフト量Δλを用いて波長シフト処理
を行う。その後、内挿補間処理部26に送られる。
The wavelength shift processing unit 25 adjusts the temperature correction of the spectral reflectance data from which noise has been removed due to the temperature of the liquid crystal tunable filter 14 by the wavelength shift amount. The wavelength shift processing is performed using the shift amount Δλ obtained by the unit 32. After that, it is sent to the interpolation processing section 26.

【0027】内挿補間処理部26は、最終的に推定され
た分光反射率のスペクトル分布が凹凸のない滑らかな曲
線として得られるために、分光反射率スペクトル算出部
22で得られた分光反射率のスペクトル分布の波長間を
スプライン補間やラグランジェ補間等により非線形に補
間し、分光反射率のスペクトル分布のデータを、例えば
10nm以下の波長間隔に細かくする。また、直線補間
して、分光反射率のスペクトル分布のデータを細かくし
てチャンネル数を増加しもよい。この場合、直線補間に
よる凸凹の曲線であっても、後述するフーリエ変換およ
び逆フーリエ変換によって較正された分光反射率のスペ
クトル分布は、滑らかな曲線となるからである。内挿補
間してデータを細かくした分光反射率のスペクトル分布
は、圧縮・伸張変換部28に送られる。
The interpolation processing unit 26 calculates the spectral reflectance of the spectral reflectance obtained by the spectral reflectance spectrum calculating unit 22 in order to obtain the spectral distribution of the spectral reflectance finally estimated as a smooth curve without unevenness. Is interpolated non-linearly by spline interpolation, Lagrange interpolation, or the like, and the data of the spectral distribution of the spectral reflectance is reduced to, for example, a wavelength interval of 10 nm or less. Further, the number of channels may be increased by linearly interpolating the data of the spectral distribution of the spectral reflectance. In this case, the spectral distribution of the spectral reflectance calibrated by the Fourier transform and the inverse Fourier transform, which will be described later, is a smooth curve even if the curve is uneven by linear interpolation. The spectral distribution of the spectral reflectance obtained by making the data fine by the interpolation is sent to the compression / expansion conversion unit 28.

【0028】圧縮・伸張処理変換部28は、分光反射率
スペクトル算出部22で得られた分光反射率のスペクト
ル分布の波長を、図2に示すような液晶チューナブルフ
ィルタ14の波長の変化と共に変化する分光透過率のス
ペクトル分布の半値幅に応じて、被写体の分光反射率の
スペクトルの波長を圧縮または伸張する部分である。す
なわち、液晶チューナブルフィルタ14の波長と共に変
化する分光透過率ぼスペクトル分布の半値幅の、基準と
なる半値幅に対する比率によって、分光反射率スペクト
ル算出部22で得られた分光反射率のスペクトル分布の
波長を圧縮または伸張する。基準となる半値幅とは、例
えば、撮影の際の全チャンネルによって被われる波長領
域の中心波長、例えば、図2の例では、16チャンネル
によって被われる410〜710の波長領域の中心波長
550nmであり、この中心波長から50nmの範囲に
含まれる分光透過率ぼスペクトル分布、例えば図2の例
では、分光透過率ぼスペクトル分布A、の半値幅であ
る。このように、分光透過率の半値幅に応じて分光反射
率のスペクトル分布の波長を変化させるのは、後述する
デコンボリューション処理において用いる、波長によっ
て変化する装置関数を、波長に応じて各チャンネルごと
に持つ必要がなく、1つの装置関数を用いて容易にデコ
ンボリューション処理を行うことができるからである。
圧縮または伸張の倍率は、波長によって変化し、例えば
図2のような、分光透過率分布を持つ場合、高波長側で
半値幅が広いため圧縮率が高く、低周波側では半値幅が
狭いため逆に伸張率を高く、この間の領域は、波長に応
じて圧縮倍率や伸張倍率が滑らかに変化する。
The compression / expansion processing converter 28 changes the wavelength of the spectral distribution of the spectral reflectance obtained by the spectral reflectance spectrum calculator 22 with the change of the wavelength of the liquid crystal tunable filter 14 as shown in FIG. This is a portion that compresses or expands the wavelength of the spectrum of the spectral reflectance of the subject according to the half width of the spectral distribution of the spectral transmittance to be performed. In other words, the spectral reflectance of the spectral reflectance obtained by the spectral reflectance spectrum calculator 22 is determined by the ratio of the half-width of the spectral transmittance and the half-width of the spectral distribution, which varies with the wavelength of the liquid crystal tunable filter 14, to the half-width of the reference. Compress or expand the wavelength. The reference half-value width is, for example, the center wavelength of a wavelength region covered by all channels at the time of shooting, for example, in the example of FIG. 2, the center wavelength of 550 nm of a wavelength region of 410 to 710 covered by 16 channels. The half-width of the spectral transmittance distribution spectrum included in the range of 50 nm from the center wavelength, for example, the spectral transmittance distribution spectrum A in the example of FIG. As described above, changing the wavelength of the spectral distribution of the spectral reflectance according to the half-value width of the spectral transmittance is performed by using a device function that changes according to the wavelength, which is used in a deconvolution process described later, for each channel according to the wavelength. This is because the deconvolution process can be easily performed using one device function.
The magnification of compression or expansion varies depending on the wavelength. For example, in the case of having a spectral transmittance distribution as shown in FIG. 2, the compression ratio is high because the half width is large on the high wavelength side, and the half width is small on the low frequency side. Conversely, the expansion ratio is high, and in this region, the compression ratio and the expansion ratio change smoothly in accordance with the wavelength.

【0029】一方、温度補正用分光反射率データ部30
は、分光反射率が既知のパッチを、液晶チューナブルフ
ィルタ14を用いて撮影した際の分光反射率のスペクト
ル分布を求める部分であり、後述するように、液晶チュ
ーナブルフィルタ14の液晶温度の変化によって変化す
る分光透過率分布の波長シフト量を求めるために用いら
れる。温度補正用分光反射率データ部30は、1次元L
UT20でマクベスグレー1次元LUTを作成する際に
用いたマクベスチャートの画像を用い、マクベスチャー
トの画像うち分光反射率が既知のR、GおよびBの色相
のパッチの画像の分光反射率のスペクトル分布をマクベ
スグレー1次元LUTを用いて得る。R、GおよびBの
色相のパッチの分光反射率のスペクトル分布を求めるの
は、彩度が高く、分光反射率のスペクトル分布が波長に
対して急激に変化するため、波長のシフト量を容易に求
めることができるからである。なお、マクベスグレー1
次元LUTを作成する際や温度補正用分光反射率データ
部26で使用する際に用いられるマクベスチャートの画
像は、被写体撮影時に被写体と共に撮影してもよい。ま
た、本発明において用いられるチャートの画像はマクベ
スチャートの画像に限られず、分光反射率が既知であ
り、彩度が高く、分光反射率のスペクトル分布が波長に
対して急激に変化するパッチを備えるチャートの画像で
あればよい。
On the other hand, the temperature correction spectral reflectance data section 30
Is a part for calculating the spectral distribution of the spectral reflectance when a patch having a known spectral reflectance is photographed using the liquid crystal tunable filter 14. As described later, the change in the liquid crystal temperature of the liquid crystal tunable filter 14 It is used to determine the amount of wavelength shift of the spectral transmittance distribution that changes according to. The temperature correction spectral reflectance data section 30 is a one-dimensional L
Using the image of the Macbeth chart used when creating the Macbeth gray one-dimensional LUT with the UT 20, the spectral distribution of the spectral reflectance of the image of the patch of the R, G, and B hues of which the spectral reflectance is known among the images of the Macbeth chart Using a Macbeth Gray one-dimensional LUT. The spectral distribution of the spectral reflectance of the R, G, and B hue patches is determined because the saturation is high and the spectral reflectance spectral distribution changes rapidly with wavelength. Because you can ask. In addition, Macbeth Gray 1
The image of the Macbeth chart used when creating the dimensional LUT or when using the spectral reflectance data unit for temperature correction 26 may be taken together with the subject at the time of shooting the subject. Further, the chart image used in the present invention is not limited to the Macbeth chart image, and has a patch whose spectral reflectance is known, the chroma is high, and the spectral distribution of the spectral reflectance changes abruptly with respect to the wavelength. Any image of the chart may be used.

【0030】フィルタ温度補正部32は、温度補正用分
光反射率データ部30で求めたR、GおよびBの色相の
パッチの分光反射率のスペクトル分布とこのパッチに対
応した既知の分光反射率のスペクトル分布とを比較し
て、温度による波形のシフト量を得る部分である。フィ
ルタ温度補正部32で得られたシフト量は、後述するよ
うに、波長シフト処理部25で行われる波長シフト処理
の際に用いる波長シフト量Δλを選択する際に用いられ
る。得られた温度による波形のシフト量は、波長シフト
処理部25に送られる。
The filter temperature correction unit 32 calculates the spectral distribution of the spectral reflectance of the R, G, and B hue patches obtained by the temperature correcting spectral reflectance data unit 30 and the known spectral reflectance of the patch. This is a part for obtaining a shift amount of the waveform due to the temperature by comparing with the spectrum distribution. The shift amount obtained by the filter temperature correction unit 32 is used when selecting a wavelength shift amount Δλ used in the wavelength shift processing performed by the wavelength shift processing unit 25, as described later. The obtained shift amount of the waveform due to the temperature is sent to the wavelength shift processing unit 25.

【0031】なお、内挿補間処理部26で処理された分
光反射率のスペクトル分布は、オペレータの指示によ
り、圧縮・伸張変換部28で液晶チューナブルフィルタ
14の分光透過率の波長特性に応じて行う圧縮・伸張処
理が施されることなく、デコンボリューション処理部3
4に送られてもよい。また、図示されないが、分光反射
率スペクトル算出部22から直接デコンボリューション
処理部34へ、また、ノイズ除去処理部24からデコン
ボリューション処理部34へ、分光反射率のスペクトル
分布を送ってもよい。
The spectral distribution of the spectral reflectance processed by the interpolation processing unit 26 is changed by the compression / expansion conversion unit 28 in accordance with the wavelength characteristic of the spectral transmittance of the liquid crystal tunable filter 14 in accordance with an operator's instruction. The deconvolution processing unit 3 performs no compression / expansion processing to be performed.
4 may be sent. Although not shown, the spectral distribution of the spectral reflectance may be sent directly from the spectral reflectance spectrum calculator 22 to the deconvolution processor 34 and from the noise removal processor 24 to the deconvolution processor 34.

【0032】デコンボリューション処理部34は、分光
反射率スペクトル算出部22で推定された、波形の鈍っ
た被写体の分光反射率のスペクトル分布を、装置関数を
用いて較正し、測定装置の特性によらない被写体固有の
分光反射率のスペクトル分布O(λ)を得る部分であ
る。すなわち、液晶チューナブルフィルタ14の分光透
過率率分布は、図2に示されるように、分光透過率分布
の裾野の広がりによって、その近傍に位置する分光透過
率分布の裾野の部分と重なり合うため、分光反射率スペ
クトル算出部22で推定された被写体の分光反射率のス
ペクトル分布は波形が鈍ってしまう。そのため、より鮮
明なスペクトル分布を得るために、液晶チューナブルフ
ィルタ14の分光透過率分布と、撮影するカメラの分光
感度分布(光学系の分光透過率を含む分光感度分布)
と、撮影時の撮影照明の分光強度分布との積によって定
まる装置関数h(λ)を用いて、以下の処理を行うよう
に構成される。
The deconvolution processing section 34 calibrates the spectral distribution of the spectral reflectance of the subject having a dull waveform estimated by the spectral reflectance spectrum calculating section 22 using an apparatus function, and obtains the calibration based on the characteristics of the measuring apparatus. This is the part for obtaining the spectral distribution O (λ) of the spectral reflectance unique to the subject. That is, as shown in FIG. 2, the spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter 14 overlaps with the spectral transmittance distribution located in the vicinity of the spectral transmittance distribution due to the spread of the spectral transmittance distribution. The spectral distribution of the spectral reflectance of the subject estimated by the spectral reflectance spectrum calculating unit 22 has a dull waveform. Therefore, in order to obtain a clearer spectral distribution, the spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter 14 and the spectral sensitivity distribution of the camera that captures the image (the spectral sensitivity distribution including the spectral transmittance of the optical system).
And the apparatus function h (λ) determined by the product of the spectral intensity distribution of the photographing illumination at the time of photographing.

【0033】装置関数h(λ)は、液晶チューナブルフ
ィルタ14の分光透過率分布と、撮影するカメラの分光
感度分布(光学系の分光透過率を含む分光感度分布)
と、撮影時の撮影照明の分光強度分布との積によって表
される。液晶チューナブルフィルタ14の分光透過率分
布は、波長によって、すなわちチャンネルによって図2
のような異なる分布を持つが、図の例では、全チャンネ
ルによって被われる波長領域410nm〜710nmの
中心波長550nmから上下50nm範囲内で値を有す
る分光透過率分布Aを代表関数とし、これに撮影するカ
メラの分光感度分布(光学系の分光透過率を含む分光感
度分布)と、撮影時の撮影照明の分光強度分布との積に
より規定される装置関数h(λ)を設定する。そして、
この装置関数h(λ)関数および分光反射率スペクトル
算出部22で推定された、波形の鈍った被写体の分光反
射率のスペクトル分布I(λ)とをそれぞれフーリエ変
換して、F[h(λ)]およびF[I(λ)](F
[ ]はフーリエ変換を表す)の関数を得、これより、
下記式(4)のような除算を行い、その後逆フーリエ変
換を行って、液晶チューナブルフィルタ14やCCDカ
メラ12の装置の特性によらない被写体固有の分光反射
率のスペクトル分布O(λ)を得る。 O(λ)= F-1[(F[I(λ)]/F[h(λ)]]] (4) フーリエ変換の方法は、FFT(Fast Fourier Transfo
rmation )の方法やフーリエ展開による方法等公知の手
法による方法によって行うことができる。
The device function h (λ) is represented by the spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter 14 and the spectral sensitivity distribution of the camera for photographing (the spectral sensitivity distribution including the spectral transmittance of the optical system).
And the spectral intensity distribution of the photographing illumination at the time of photographing. The spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter 14 depends on the wavelength, that is, the channel, as shown in FIG.
In the example of the figure, the spectral transmittance distribution A having a value within the range of 50 nm from the center wavelength 550 nm of the wavelength region 410 nm to 710 nm covered by all the channels is taken as a representative function, A device function h (λ) defined by the product of the spectral sensitivity distribution of the camera (the spectral sensitivity distribution including the spectral transmittance of the optical system) and the spectral intensity distribution of the imaging illumination at the time of imaging is set. And
This apparatus function h (λ) function and the spectral distribution I (λ) of the spectral reflectance of the subject having a dull waveform estimated by the spectral reflectance spectrum calculating unit 22 are Fourier-transformed to obtain F [h (λ )] And F [I (λ)] (F
[] Represents the Fourier transform), and from this,
A division such as the following equation (4) is performed, and then an inverse Fourier transform is performed to obtain the spectral distribution O (λ) of the spectral reflectance specific to the subject irrespective of the characteristics of the liquid crystal tunable filter 14 and the CCD camera 12. obtain. O (λ) = F −1 [(F [I (λ)] / F [h (λ)]]] (4) The Fourier transform method is an FFT (Fast Fourier Transfo
rmation) or a method by a known method such as a method by Fourier expansion.

【0034】このように、式(4)でデコンボリューシ
ョン処理を行うのは、後述するように、被写体の分光反
射率のスペクトル分布I(λ)が、液晶チューナブルフ
ィルタ14やCCDカメラ12等によるマルチバンド画
像を撮影する装置の特性、例えば、液晶チューナブルフ
ィルタ14の分光透過率分布等によって、被写体固有の
分光反射率のスペクトル分布O(λ)が鈍るからであ
り、この鈍った被写体の分光反射率のスペクトル分布I
(λ)を、後述するように、装置の特性である装置関数
h(λ)を用いて装置の特性を除去して較正し、シャー
プネス劣化を復元した被写体固有の分光反射率のスペク
トル分布O(λ)得るためである。このフーリエ変換に
よるデコンボリューション処理方法は、装置関数をチャ
ンネル毎に設けず、1つの装置関数h(λ)を用いて処
理を行うため、従来の式(2)による行列による方法の
ように波長可変フィルタの既知の分光透過率分布f
i (λ)(i=1〜n)をチャンネル毎に記憶して、チ
ャンネル毎の装置関数を揃える必要がなく、装置関数h
(λ)を1つ用意するだけなので、処理が単純となり計
算時間が短縮される。
As described above, the deconvolution is calculated by the equation (4).
As described later, the spectral processing of the subject is performed.
The spectral distribution I (λ) of the emissivity is
Multi-band image by filter 14, CCD camera 12, etc.
The characteristics of the device that captures the image, for example,
Depending on the spectral transmittance distribution and the like of the
Because the spectral distribution O (λ) of the spectral reflectance becomes dull.
The spectral distribution I of the spectral reflectance of the dull subject
(Λ) is a device function which is a characteristic of the device as described later.
h (λ) to calibrate by removing device characteristics
Spectra of the spectral reflectance specific to the subject that has restored the opacity degradation
This is for obtaining the torque distribution O (λ). This Fourier transform
The deconvolution processing method according to
The processing is performed using one device function h (λ) instead of being provided for each channel.
In order to perform the processing, the conventional matrix-based method using equation (2)
The known spectral transmittance distribution f of the tunable filter
i(Λ) (i = 1 to n) is stored for each channel, and
There is no need to arrange device functions for each channel, and device functions h
Since only one (λ) is prepared, the processing becomes simple and the total
Calculation time is reduced.

【0035】また、本発明のマルチバンド画像の分光反
射率のスペクトル推定方法で行われるデコンボリューシ
ョン処理の方法は、式(4)により被写体固有の分光反
射率のスペクトル分布O(λ)を得る方法のほかに、装
置関数h(λ)をフーリエ変換して得られる関数F[h
(λ)]をフーリエ面で逆数とし、これを逆フーリエ変
換して得られる波形と被写体の分光反射率のスペクトル
分布I(λ)との畳み込み積分を計算し(コンボリュー
ション処理)、被写体固有の分光反射率のスペクトル分
布O(λ)を求めるものであってもよい。
The method of deconvolution processing performed by the method for estimating the spectral reflectance of a multi-band image according to the present invention is a method of obtaining a spectral distribution O (λ) of a spectral reflectance specific to an object by equation (4). In addition to the above, a function F [h obtained by Fourier-transforming the device function h (λ)
(Λ)] on the Fourier plane is calculated as a reciprocal, and a convolution integral of a waveform obtained by performing an inverse Fourier transform thereof and the spectral distribution I (λ) of the spectral reflectance of the subject is calculated (convolution processing), and the uniqueness of the subject is calculated. The spectral distribution O (λ) of the spectral reflectance may be obtained.

【0036】また、上記実施例は、フーリエ変換による
デコンボリューション処理方法であるが、本発明は、こ
れに制限されず、従来のような、式(2)および式
(3)による行列による計算を用いてもよく、その際、
波長可変フィルタのチャンネル毎の既知の分光透過率分
布fi (λ)(i=1〜n)の中から、全チャンネルに
よって被われる波長領域の中心波長から上下50nm範
囲内で値を有する分光透過率分布を代表の分光透過率分
布の関数とし、この関数と撮影するカメラの分光感度分
布(CCDカメラの分光感度分布S(λ)と光学系の既
知の分光透過率L(λ)の積)と、撮影時の撮影照明の
分光強度分布E(λ)との積を求め、式(2)および式
(3)によってデコンボリューション処理を行ってもよ
い。これによって、式(2)および式(3)の行列計算
も容易に実施でき計算時間の短縮が可能となる。
In the above embodiment, the deconvolution processing method by the Fourier transform is used. However, the present invention is not limited to this, and the conventional calculation using the matrix by the equations (2) and (3) can be performed. May be used,
From the known spectral transmittance distribution f i (λ) (i = 1 to n) for each channel of the wavelength tunable filter, spectral transmittance having a value within a range of 50 nm above and below the center wavelength of the wavelength region covered by all channels. The power distribution is defined as a function of a representative spectral transmittance distribution, and this function and the spectral sensitivity distribution of the camera that captures the image (the product of the spectral sensitivity distribution S (λ) of the CCD camera and the known spectral transmittance L (λ) of the optical system) And the product of the spectral intensity distribution E (λ) of the photographing illumination at the time of photographing, and the deconvolution processing may be performed by the equations (2) and (3). As a result, the matrix calculation of Expressions (2) and (3) can be easily performed, and the calculation time can be reduced.

【0037】特に、被写体の分光反射率のスペクトル分
布I(λ)の測定点数mにチャンネル数nが等しくなる
ように、内挿補間処理部26においてチャンネル数を増
やして、被写体の分光反射率のスペクトル分布I(λ)
の測定点数mに等しくし、式(2)の行列Fの逆行列を
求めてもよい。これによって、式(2)の行列Fの逆行
列を解析的にかつ短時間に求めることが可能となる。得
られた被写体固有の分光反射率のスペクトル分布は、伸
張・圧縮逆変換部36に送られる。
In particular, the number of channels is increased in the interpolation processing unit 26 so that the number n of channels is equal to the number m of measurement points of the spectral distribution I (λ) of the spectral reflectance of the subject, and the spectral reflectance of the subject is Spectral distribution I (λ)
May be made equal to the number of measurement points m, and an inverse matrix of the matrix F of the equation (2) may be obtained. This makes it possible to analytically and in a short time obtain the inverse matrix of the matrix F in the equation (2). The obtained spectral distribution of the spectral reflectance specific to the subject is sent to the expansion / compression inverse converter 36.

【0038】伸張・圧縮逆変換部36は、圧縮・伸張変
換部28で施された波長の圧縮または伸張の処理を打ち
消すように、逆の倍率を掛けて波長の伸張または圧縮の
逆変換を行う部分である。すなわち、圧縮・伸張変換部
28において分光透過率の半値幅に応じて分光反射率の
スペクトル分布の波長を変化させ、その後デコンボリュ
ーション処理を行ったため、デコンボリューション処理
後の較正された分光反射率のスペクトル分布の波長は依
然として圧縮または伸張されたままである。そのため、
被写体固有の分光反射率のスペクトル分布を、もとの波
長に戻すために、圧縮・伸張変換部28で施された圧縮
または伸張の倍率を打ち消すように、逆の倍率を掛けて
伸張または圧縮を行う。このようにして、伸張または圧
縮の逆変換を行い、被写体の較正済み分光反射率のスペ
クトル分布を得ることができる。得られた被写体の較正
済み分光反射率のスペクトル分布は、図示されないメモ
リ記憶部に保存される。
The expansion / compression inverse converter 36 performs inverse conversion of wavelength expansion / compression by multiplying the inverse magnification so as to cancel the wavelength compression / expansion processing performed by the compression / expansion converter 28. Part. That is, in the compression / expansion conversion unit 28, the wavelength of the spectral distribution of the spectral reflectance is changed according to the half width of the spectral transmittance, and then the deconvolution process is performed, so that the calibrated spectral reflectance of the deconvolution process is The wavelengths of the spectral distribution still remain compressed or expanded. for that reason,
In order to return the spectral distribution of the spectral reflectance specific to the subject to the original wavelength, the expansion or compression is performed by multiplying the compression or expansion performed by the compression / expansion converter 28 by a reverse magnification so as to cancel the compression or expansion. Do. In this way, the inverse transform of expansion or compression can be performed to obtain a calibrated spectral reflectance spectral distribution of the subject. The obtained spectral distribution of the calibrated spectral reflectance of the subject is stored in a memory storage unit (not shown).

【0039】分光反射率スペクトル推定装置16は、以
上のように構成される。次に、本発明のマルチバンド画
像の分光反射率のスペクトル推定方法について説明す
る。
The spectral reflectance spectrum estimating device 16 is configured as described above. Next, a method for estimating the spectral reflectance spectrum of a multiband image according to the present invention will be described.

【0040】図3に、マルチバンド画像の分光反射率の
スペクトル推定方法の一例の概要を説明する。図3に示
すように、マルチバンド画像の分光反射率のスペクトル
推定方法は、例えば液晶チューナブルフィルタ14およ
びCCDカメラ12からなるマルチバンドカメラによっ
て被写体を撮影し、特定の波長領域ごとに設定されたチ
ャンネルごとの原画像からなるマルチバンド画像の画像
データ、すなわち、データ処理部18においてAD変換
した画素単位のデジタルデータ値、すなわちQL値、た
とえば8ビットAD変換では0〜255の整数値を得
る。
FIG. 3 shows an outline of an example of a method for estimating the spectral reflectance of a multiband image. As shown in FIG. 3, a method of estimating the spectrum of the spectral reflectance of a multiband image is performed by, for example, photographing a subject with a multiband camera including a liquid crystal tunable filter 14 and a CCD camera 12, and setting the specific wavelength region. Image data of a multi-band image composed of original images for each channel, that is, digital data values in pixel units that have been AD-converted in the data processing unit 18, that is, QL values, for example, integer values of 0 to 255 in 8-bit AD conversion are obtained.

【0041】一方、上記被写体の撮影時、または被写体
の撮影の前後において、4段6列の公知のマクベスチャ
ートを上記マルチバンドカメラで撮影し、マクベスチャ
ートの分光反射率データをQL値として得た後、マクベ
スチャート4段目の色相のないグレー階調のQL値を、
予めわかっている既知のグレー階調の分光反射率と対応
させてマクベスグレー1次元LUTを作成する。この作
成したマクベスグレー1次元LUTを用いて、被写体を
撮影したマルチバンド画像のQL値から被写体の分光反
射率のスペクトル分布を推定する。
On the other hand, at the time of photographing the subject or before and after the photographing of the subject, a known Macbeth chart of four rows and six rows was photographed by the multi-band camera, and the spectral reflectance data of the Macbeth chart was obtained as a QL value. Then, the QL value of the gray tone without hue in the fourth row of the Macbeth chart is
A Macbeth gray one-dimensional LUT is created in correspondence with the spectral reflectance of a known gray gradation known in advance. Using the created Macbeth Gray one-dimensional LUT, the spectral distribution of the spectral reflectance of the subject is estimated from the QL value of the multi-band image of the subject.

【0042】この推定された被写体の分光反射率のスペ
クトル分布に、必要に応じて、ノイズ除去処理や内挿補
間処理や圧縮・伸張変換を行い、さらに、マクベスチャ
ートの分光反射率データから、彩度が高く分光反射率が
波長に対して急激に変化するR、GおよびBのパッチの
分光反射率をデータを用いて、必要に応じて、フィルタ
温度補正(波長シフト)を行い、その後、スペクトルの
シャープネス劣化復元処理(デコンボリューション処
理)および伸張・圧縮逆変換を必要に応じて行い、較正
済み分光反射率のスペクトル分布を得る。
The spectral distribution of the estimated spectral reflectance of the subject is subjected to noise removal processing, interpolation interpolation processing and compression / expansion conversion as necessary, and furthermore, from the spectral reflectance data of the Macbeth chart, the If necessary, filter temperature correction (wavelength shift) is performed using the data of the spectral reflectance of the R, G, and B patches whose spectral reflectance changes rapidly with wavelength, and then the spectral The sharpness deterioration restoration processing (deconvolution processing) and the inverse expansion / compression conversion are performed as necessary to obtain the spectral distribution of the calibrated spectral reflectance.

【0043】すなわち、本発明のマルチバンド画像の分
光反射率のスペクトル推定方法は、マクベスグレー1次
元LUTを用いて、被写体を撮影したマルチバンド画像
のQL値から被写体の分光反射率のスペクトル分布を推
定することを基本とし、より精度の高いスペクトル分布
を得るために、デコンボリューション処理や内挿補間や
圧縮伸張処理や温度補正を必要に応じて行う方法であ
る。
That is, in the method for estimating the spectral reflectance of a multi-band image according to the present invention, the spectral distribution of the spectral reflectance of the subject is determined from the QL value of the multi-band image of the subject using a Macbeth Gray one-dimensional LUT. This method is based on estimation, and is a method of performing deconvolution processing, interpolation, compression / decompression processing, and temperature correction as needed to obtain a more accurate spectral distribution.

【0044】図4は、図3で示すスペクトル推定方法を
実施するマルチバンド画像分光反射率のスペクトル推定
システム10を基にして工程ごとに説明するフローの一
例を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a flow described for each process based on the multiband image spectral reflectance spectrum estimation system 10 for implementing the spectrum estimation method shown in FIG.

【0045】まず、撮影は長領域を特定の波長領域ごと
に図2に示されるように16チャンネルに分割した液晶
チューナブルフィルタ14およびCCDカメラ12から
なるマルチバンドカメラによって被写体を撮影し、液晶
チューナブルフィルタ14で設置された特定の波長領域
ごとの原画像からなるマルチバンド画像の画像信号を
得、分光反射率スペクトル推定装置16のデータ処理部
18において8ビットのAD変換を行い、DCオフセッ
トの補正、暗時補正、LOG変換およびシェーディング
補正を行って、16チャンネルに対応する原画像の画素
単位毎に0〜255の整数からなるQL値を得、マルチ
バンド画像の画像データを取得する(ステップ10
0)。
First, a subject is photographed by a multi-band camera including a liquid crystal tunable filter 14 and a CCD camera 12 in which a long region is divided into 16 channels for each specific wavelength region as shown in FIG. The image signal of a multi-band image composed of original images for each specific wavelength region set by the filter 14 is obtained, and the data processing unit 18 of the spectral reflectance spectrum estimating device 16 performs AD conversion of 8 bits to obtain a DC offset. Correction, darkness correction, LOG conversion, and shading correction are performed to obtain a QL value consisting of an integer of 0 to 255 for each pixel unit of the original image corresponding to 16 channels, and to obtain image data of a multi-band image (step). 10
0).

【0046】一方、ステップ100でマルチバンド画像
を撮影する際に同時に、あるいは前後して、分光反射率
が既知のマクベスチャートを撮影し、マクベスチャート
の分光輝度測定(ステップ102)を行う。ここで分光
輝度測定とは、ステップ100のマルチバンド画像デー
タの取得と同様に、マクベスチャートのマルチバンド画
像の信号を分光反射率スペクトル推定装置16のデータ
処理部18において8ビットのAD変換を行い、DCオ
フセットの補正、暗時補正、LOG変換およびシェーデ
ィング補正を行い、マクベスチャートの各パッチに対応
したQL値を得ることである。このようにして得られた
マクベスチャートの各パッチに対応したQL値のうち、
最下段の4段目の6つのグレーパッチのQL値とこのグ
レーパッチの予めわかっている分光反射率の値とを各原
画像ごとに1対1に対応させる1次元LUTを作成する
(ステップ104)。なお、ここで作成された1次元L
UTには、液晶チューナブルフィルタ14の各波長毎の
透過率レベルの補正が含まれる。
On the other hand, a Macbeth chart having a known spectral reflectance is photographed simultaneously with or before or after the multiband image is photographed in step 100, and the spectral luminance of the Macbeth chart is measured (step 102). Here, the spectral luminance measurement means that the data of the multi-band image signal of the Macbeth chart is subjected to 8-bit AD conversion in the data processing unit 18 of the spectral reflectance spectrum estimating apparatus 16 in the same manner as the acquisition of the multi-band image data in step 100. , DC offset correction, darkness correction, LOG conversion, and shading correction to obtain a QL value corresponding to each patch of the Macbeth chart. Of the QL values corresponding to each patch of the Macbeth chart thus obtained,
A one-dimensional LUT is created in which the QL values of the six gray patches in the fourth row at the bottom and the known spectral reflectance values of the gray patches correspond one-to-one to each original image (step 104). ). The one-dimensional L created here
The UT includes correction of the transmittance level of each wavelength of the liquid crystal tunable filter 14.

【0047】次に、ステップ100で得られた撮影被写
体の各チャンネルに対応する原画像のQL値をステップ
104で作成した1次元LUTを用いて、分光反射率の
値に変換する(ステップ106)。参照するQL値が1
次元LUTに存在しない場合は、内挿補間あるいは外挿
補外等によって分光反射率の値を求める。この内挿補間
や外挿補外の方法は特に限定されず、公知の方法、たと
えば直線補間やラグランジェ補間等の公知の方法で行
う。
Next, the QL value of the original image corresponding to each channel of the photographic subject obtained in step 100 is converted into a spectral reflectance value using the one-dimensional LUT created in step 104 (step 106). . QL value to refer to is 1
If it does not exist in the dimensional LUT, the value of the spectral reflectance is obtained by interpolation or extrapolation. The method of interpolation and extrapolation is not particularly limited, and is performed by a known method, for example, a known method such as linear interpolation or Lagrange interpolation.

【0048】このように1次元LUTを用いて分光反射
率の値に変換することができるのは、図2に示すよう
に、波長可変フィルタとして用いる液晶チューナブルフ
ィルタの各チャンネルの分光透過率の分布が、従来のフ
ィルターと異なり波長分解能が向上しピーク値を中心と
する急峻な分布を形成し、各チャンネル間の波長の重な
りが少なくなり、1次元LUTを用いて得られた分光反
射率のスペクトル分布の鈍りが少なくなるからである。
式(2)で説明すると、式(2)で示される行列Fの非
対角項成分がほとんどゼロとなるため、1次元LUTを
用いて分光反射率の値に変換することができるのであ
る。そのため、式(3)のような推定行列Gを計算する
必要がなくなり、大幅に処理時間が短縮する。
As described above, the spectral reflectance can be converted to the value of the spectral reflectance using the one-dimensional LUT, as shown in FIG. The distribution is different from the conventional filter in that the wavelength resolution is improved, a steep distribution centering on the peak value is formed, the wavelength overlap between the channels is reduced, and the spectral reflectance obtained using the one-dimensional LUT is reduced. This is because the bluntness of the spectrum distribution is reduced.
Explaining the equation (2), since the off-diagonal components of the matrix F shown in the equation (2) are almost zero, the matrix F can be converted to a value of spectral reflectance using a one-dimensional LUT. Therefore, it is not necessary to calculate the estimation matrix G as in the equation (3), and the processing time is greatly reduced.

【0049】一方、後述するフィルタ温度補正を行うた
めに、ステップ102のマクベスチャートの分光輝度測
定で得られたR、GおよびBの色相のパッチをステップ
104で得られた1次元LUTを用いて分光反射率のス
ペクトル分布を算出する(ステップ108)。
On the other hand, in order to perform a filter temperature correction described later, patches of R, G, and B hues obtained in the Macbeth chart spectral luminance measurement in step 102 are used by using the one-dimensional LUT obtained in step 104. The spectral distribution of the spectral reflectance is calculated (step 108).

【0050】次に、フィルタ温度補正を行う(ステップ
109)。フィルタ温度補正を行うのは、後述するデコ
ンボリュション処理(ステップ118)を行う際に代表
関数として選ばれる装置関数h(λ)は、液晶チューナ
ブルフィルタ14の分光透過率分布と、撮影するカメラ
の分光感度分布(光学系の分光透過率を含む分光感度分
布)と、撮影時の撮影照明の分光強度分布との積によっ
て規定されるが、液晶チューナブルフィルタ14の分光
透過率分布は、液晶部の温度によって分光透過率分布が
波長領域でシフトするからである。フィルタ温度補正に
おいては、ステップ108において、分光反射率分布が
既知のR、GおよびBの色相のパッチを測定して得られ
た分光反射率のスペクトル分布と、この既知の分光反射
率分布とを比較して、波長のシフト量を求める。R、G
およびBの色相のパッチを測定するのは、彩度が高く、
分光反射率分布が波長に対して急激に変化するため、波
長のシフト量を容易に求めることができるからである。
Next, the filter temperature is corrected (step 109). The filter temperature correction is performed by using a device function h (λ) selected as a representative function when a deconvolution process (step 118) described later is performed, based on the spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter 14 and the camera to be photographed. The spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter 14 is defined by the product of the spectral sensitivity distribution (spectral sensitivity distribution including the spectral transmittance of the optical system) and the spectral intensity distribution of the shooting illumination at the time of shooting. This is because the spectral transmittance distribution shifts in the wavelength region depending on the temperature of the portion. In the filter temperature correction, in step 108, the spectral reflectance distribution obtained by measuring patches of R, G, and B hues whose spectral reflectance distributions are known, and the known spectral reflectance distribution are calculated. By comparison, the shift amount of the wavelength is obtained. R, G
And measuring the hue patches of B are highly saturated,
This is because the spectral reflectance distribution changes abruptly with respect to the wavelength, so that the shift amount of the wavelength can be easily obtained.

【0051】なお、上記実施例では、分光反射率分布が
既知のパッチの分光反射率分布とこのパッチをマルチバ
ンドカメラで撮影して得られた分光反射率分布との差異
から波長シフト量を求め、これを用いて分光反射率を補
正するが、本発明ではこの方法に限られず、液晶チュー
ナブルフィルタ14の液晶部に接するように温度計を設
置し、マルチバンド画像撮影時に液晶部の温度を、図示
されない分光反射率スペクトル推定装置16のフィルタ
温度取得手段を通じて記録し、この記録された温度を用
いて温度に対応した波長シフト量を求め、分光反射率を
補正するものであってもよい。
In the above embodiment, the amount of wavelength shift is determined from the difference between the spectral reflectance distribution of a patch having a known spectral reflectance distribution and the spectral reflectance distribution obtained by photographing the patch with a multi-band camera. This is used to correct the spectral reflectance, but the present invention is not limited to this method, and a thermometer is installed so as to be in contact with the liquid crystal portion of the liquid crystal tunable filter 14 so that the temperature of the liquid crystal portion can be measured during multi-band image capturing. Alternatively, the data may be recorded through a filter temperature acquiring unit of the spectral reflectance spectrum estimating device 16 (not shown), and the wavelength shift amount corresponding to the temperature may be obtained using the recorded temperature to correct the spectral reflectance.

【0052】一方、ステップ106で得られた各チャン
ネルに対応した原画像の分光反射率のデータに対して、
ノイズ除去処理を行う(ステップ110)。ノイズ除去
処理は、液晶チューナブルフィルタ14の分光透過率
が、図2に示すように、短波長側のチャンネルでは透過
率が低く、十分な光量を確保できず、ノイズを拾い易
く、一方、長波長側のチャンネルでは透過率が高く、十
分な光量を確保できノイズ成分を拾い難いため、各チャ
ンネルの波長領域に応じて、ノイズ除去の強さを調整で
きるノイズ除去処理が望ましい。例えば、分光透過率の
ピーク値が0.1以下になれば、自動的にメディアンフ
ィルタをon−off的に使用する方法が挙げられる。
On the other hand, with respect to the spectral reflectance data of the original image corresponding to each channel obtained in step 106,
A noise removal process is performed (step 110). In the noise removal processing, as shown in FIG. 2, the spectral transmittance of the liquid crystal tunable filter 14 is low in the channel on the short wavelength side, a sufficient amount of light cannot be secured, and noise is easily picked up. Since the channel on the wavelength side has a high transmittance, a sufficient amount of light can be secured, and it is difficult to pick up noise components, a noise removal process that can adjust the strength of noise removal according to the wavelength region of each channel is desirable. For example, there is a method of automatically using the median filter on-off when the peak value of the spectral transmittance becomes 0.1 or less.

【0053】次に、ステップ110で分光反射率のデー
タに対してノイズ除去処理が施された後、ステップ10
9で求めた波長シフト量Δλを用いて、この波長のシフ
トによって変化する分光反射率の波長をΔλ分補正する
ことで、波長シフト処理が施される(ステップ11
1)。
Next, after the noise removal processing is performed on the data of the spectral reflectance in step 110,
The wavelength shift process is performed by correcting the wavelength of the spectral reflectance that changes due to this wavelength shift by Δλ using the wavelength shift amount Δλ obtained in step 9 (step 11).
1).

【0054】さらに、ステップ110で得られたノイズ
除去処理の施された分光反射率野データは、内挿補間処
理(ステップ112)が施される。内挿補間を行うの
は、最終的に、分光反射率のスペクトル分布のチャンネ
ル数を増やし滑らかな分布を得るためである。内挿補間
としては、スプライン補間やラグランジェ補間等の非線
形な補間により、例えば10nm以下のスペクトル分布
となるように補間処理を行う。また、直線補間により、
凸凹のある分光反射率のスペクトル分布を得てもよく、
この場合後述するデコンボリューション処理はフーリエ
変換およびその逆変換を用いた処理を行う。フーリエ変
換およびその逆変換により、凸凹のスペクトル分布でも
滑らかなスペクトル分布を得ることができるためであ
る。
Further, the spectral reflectance field data subjected to the noise removal processing obtained in step 110 is subjected to interpolation processing (step 112). The reason why the interpolation is performed is to finally increase the number of channels in the spectral reflectance spectral distribution to obtain a smooth distribution. As the interpolation, an interpolation process is performed by a non-linear interpolation such as a spline interpolation or a Lagrange interpolation so as to have a spectrum distribution of, for example, 10 nm or less. Also, by linear interpolation,
You may obtain a spectral distribution of spectral reflectance with unevenness,
In this case, a deconvolution process described later performs a process using a Fourier transform and its inverse transform. This is because a smooth spectral distribution can be obtained even with an uneven spectral distribution by the Fourier transform and its inverse transform.

【0055】内挿補間処理(ステップ112)が施され
てデータの細かくなった分光反射率のスペクトル分布の
波長を圧縮または伸張する圧縮・伸張処理を行う(ステ
ップ114)。圧縮・伸張処理は、分光反射率のスペク
トル分布の波長を、図2に示す波長の変化と共に変化す
る液晶チューナブルフィルタ14の分光透過率のスペク
トル分布の半値幅に応じて、被写体の分光反射率のスペ
クトルの波長を圧縮または伸張する。圧縮や伸張の比率
は、後述する1つの装置関数h(λ)の半値幅に対して
被写体の分光反射率のスペクトルの波長域が、チャンネ
ルに係わらず一定となるように、波長域毎に変化する。
これによって、後述するデコンボリューション処理にお
いて、波長によって変化する分光透過率分布で規定され
る装置関数h(λ)を、波長に応じて複数持つ必要がな
く1つの装置関数だけでデコンボリューション処理を行
うことができる。
A compression / expansion process for compressing or expanding the wavelength of the spectral distribution of the spectral reflectance of which data has been made fine by performing the interpolation process (step 112) is performed (step 114). The compression / expansion processing changes the wavelength of the spectral distribution of the spectral reflectance according to the half width of the spectral distribution of the spectral transmittance of the liquid crystal tunable filter 14 which changes with the change of the wavelength shown in FIG. Compress or expand the wavelength of the spectrum. The ratio of compression and expansion changes for each wavelength range so that the wavelength range of the spectral reflectance spectrum of the subject becomes constant regardless of the channel with respect to the half-value width of one device function h (λ) described later. I do.
As a result, in the deconvolution processing described later, it is not necessary to have a plurality of device functions h (λ) defined by the spectral transmittance distribution that changes according to the wavelength, and the deconvolution process is performed using only one device function. be able to.

【0056】このようにして圧縮・伸張変換(ステップ
114)された分光反射率のスペクトル分布は、分光反
射率のスペクトル分布のシャープネス劣化復元処理であ
るデコンボリューション処理を行う(ステップ11
8)。本来、液晶チューナブルフィルタ14およびCC
Dカメラ12を備えたマルチバンドカメラから得られた
被写体の分光反射率のスペクトル分布は、撮影したマル
チバンドカメラの装置の特性によっていわばフィルタの
掛かった状態になっている。そのため、スペクトル分布
がシャープでなく、鈍った形で得られる。一方、この撮
影したマルチバンドカメラの装置の特性である装置関数
h(λ)は既知であるので、この装置関数h(λ)を用
いて、鈍った分光反射率のスペクトル分布のシャープネ
ス劣化を復元処理する。すなわち、図5に示すように、
被写体固有の分光反射率のスペクトル分布O(λ)を、
装置関数h(λ)がチャンネルごとに分解され各チャン
ネル毎に定まる装置関数hi (λ)と掛け合わせ、その
後チャンネル全体を合計して算出される分布が、装置関
数h(λ)を備えるマルチバンドカメラで撮影された分
光反射率のスペクトル分布I(λ)となる。このよう
に、測定された分光反射率のスペクトル分布I(λ)
は、被写体固有の分光反射率のスペクトル分布O(λ)
と装置関数h(λ)から下記式(5)の畳み込み処理
(コンボリューション処理)によって定まる。
The spectral distribution of the spectral reflectance subjected to the compression / expansion conversion (step 114) in this way is subjected to a deconvolution process for restoring the sharpness degradation of the spectral reflectance spectral distribution (step 11).
8). Originally, liquid crystal tunable filter 14 and CC
The spectral distribution of the spectral reflectance of the subject obtained from the multi-band camera provided with the D camera 12 is in a filtered state according to the characteristics of the device of the multi-band camera that has taken the image. Therefore, the spectral distribution is not sharp but obtained in a dull form. On the other hand, since the device function h (λ) which is a characteristic of the device of the photographed multi-band camera is known, the sharpness deterioration of the spectral distribution of the dull spectral reflectance is restored using the device function h (λ). To process. That is, as shown in FIG.
The spectral distribution O (λ) of the spectral reflectance specific to the subject is
The device function h (λ) is decomposed for each channel, multiplied by a device function h i (λ) determined for each channel, and then the distribution calculated by summing the entire channel is represented by a multi-function including the device function h (λ). The spectral distribution I (λ) of the spectral reflectance captured by the band camera is obtained. As described above, the spectral distribution I (λ) of the measured spectral reflectance is obtained.
Is the spectral distribution O (λ) of the spectral reflectance specific to the subject.
And the device function h (λ) are determined by a convolution process (convolution process) of the following equation (5).

【数4】 (Equation 4)

【0057】ステップ118で行うデコンボリューショ
ン処理は、上記コンボリューションにより得られる分光
反射率のスペクトル分布I(λ)と装置関数h(λ)と
を用いて、コンボリューション処理とは逆に被写体固有
の分光反射率のスペクトル分布O(λ)を求める処理で
ある。式(5)に示されるコンボリューション積分は、
下記式(6)のように、フーリエ変換したF[I
(λ)]、F[O(λ)]およびF[h(λ)]を用い
て表される。そのため、式(4)のように、F[I
(λ)]をF[h(λ)]で割ってそれを逆フーリエ変
換することで、O(λ)を得ることができる。
The deconvolution processing performed in step 118 uses the spectral distribution I (λ) of the spectral reflectance obtained by the above convolution and the device function h (λ), and conversely to the convolution processing, This is a process for obtaining the spectral distribution O (λ) of the spectral reflectance. The convolution integral shown in equation (5) is
As shown in the following equation (6), F [I
(Λ)], F [O (λ)] and F [h (λ)]. Therefore, as in equation (4), F [I
(Λ)] is divided by F [h (λ)] and inverse Fourier-transformed to obtain O (λ).

【数5】 (Equation 5)

【0058】マルチバンド画像の画素数が少ない場合、
例えば10万画素未満の場合、上記フーリエ変換による
デコンボリューション処理では、各チャンネル、例えば
16チャンネルに対応した装置関数すべてを記憶し、こ
れを用いて各チャンネルに対応した演算をする必要がな
く、1つのチャンネルの装置関数h(λ)だけで計算で
きるため、被写体固有の分光反射率のスペクトル分布の
処理を短時間に行うことができる。
When the number of pixels of the multiband image is small,
For example, when the number of pixels is less than 100,000 pixels, in the deconvolution processing by the Fourier transform, all the device functions corresponding to each channel, for example, 16 channels are stored, and it is not necessary to perform an operation corresponding to each channel by using this. Since the calculation can be performed using only the device function h (λ) of one channel, the processing of the spectral distribution of the spectral reflectance specific to the subject can be performed in a short time.

【0059】また、マルチバンド画像の画素数が多い場
合、例えば10万画素以上の場合、デコンボリューショ
ン処理は、従来のような、式(2)および式(3)によ
る行列による計算を用いてもよく、その際、波長可変フ
ィルタのチャンネル毎の既知の分光透過率分布f
i (λ)(i=1〜n)の中から、全チャンネルによっ
て被われる波長領域の中心波長から上下50nm範囲内
で値を有する特定のチャンネルの分光透過率分布を代表
の分光透過率分布の関数とし、この関数と撮影するカメ
ラの分光感度分布(CCDカメラの分光感度分布S
(λ)と光学系の既知の分光透過率分布L(λ)の積)
と、撮影時の撮影照明の分光強度分布E(λ)との積を
求め、式(2)および式(3)によるデコンボリューシ
ョン処理を行ってもよい。これによって、式(2)およ
び式(3)の行列計算も容易に実施でき計算時間の短縮
が可能となる。
When the number of pixels of the multi-band image is large, for example, when the number of pixels is 100,000 or more, the deconvolution processing can be performed by using a conventional matrix-based calculation using equations (2) and (3). At this time, the known spectral transmittance distribution f for each channel of the tunable filter is often used.
From i (λ) (i = 1 to n), the spectral transmittance distribution of a specific channel having a value within a range of 50 nm above and below the center wavelength of the wavelength region covered by all channels is represented by a representative spectral transmittance distribution. Function and the spectral sensitivity distribution of the camera that captures the image (the spectral sensitivity distribution S of the CCD camera).
(Product of (λ) and known spectral transmittance distribution L (λ) of optical system)
And the product of the spectral intensity distribution E (λ) of the photographing illumination at the time of photographing, and the deconvolution processing by the equations (2) and (3) may be performed. As a result, the matrix calculation of Expressions (2) and (3) can be easily performed, and the calculation time can be reduced.

【0060】特に、被写体の分光反射率のスペクトル分
布I(λ)の測定点数mにチャンネル数nが等しくなる
ように、内挿補間処理(ステップ112)においてチャ
ンネル数を増やして、被写体の分光反射率のスペクトル
分布I(λ)の測定点数mに等しくし、式(2)の行列
Fの逆行列を求めてもよい。これによって、式(2)の
行列Fの逆行列を解析的かつ短時間に求めることが可能
となる。
In particular, the number of channels is increased in the interpolation process (step 112) so that the number of channels n is equal to the number of measurement points m of the spectral distribution I (λ) of the spectral reflectance of the subject, and the spectral reflectance of the subject is increased. The number of measurement points m of the rate spectral distribution I (λ) may be made equal to obtain the inverse matrix of the matrix F in the equation (2). As a result, the inverse matrix of the matrix F in the equation (2) can be obtained analytically and in a short time.

【0061】デコンボリューション処理(ステップ11
8)が施された後、ステップ114で行われた圧縮・伸
張処理の逆変換である伸張・圧縮逆変換をおこなう(ス
テップ120)。これによって、ステップ114で波長
方向に圧縮または伸張された、較正済みの分光反射率の
スペクトル分布を取得し(ステップ122)、記憶部に
記憶する。このようにして、マルチバンドカメラの特性
を除去した較正済みの分光反射率のスペクトル分布を取
得することができる。
Deconvolution processing (step 11)
After 8) is performed, the expansion / compression inverse conversion, which is the inverse of the compression / expansion processing performed in step 114, is performed (step 120). As a result, the calibrated spectral reflectance spectral distribution compressed or expanded in the wavelength direction in step 114 is obtained (step 122) and stored in the storage unit. In this way, it is possible to obtain a calibrated spectral reflectance spectral distribution from which the characteristics of the multiband camera have been removed.

【0062】次に、このようなマルチバンド画像の分光
反射率のスペクトル推定方法およびスペクトル推定シス
テムに基づいて、マルチバンド画像から被写体の分光反
射率のスペクトルを求めた。CCDカメラとして、DA
LSA社製 CA-D4-1024A(ピクセル数1024×102
4、ピクセルサイズ12×12ミクロン、PCIインタ
ーフェース付き、モノクロ)を用い、波長可変フィルタ
ーとしてCRI社製Varispec Tunable Filter (液晶チ
ューナブルフィルタ)を用いた。この液晶チューナブル
フィルタは、400〜720nmのフィルタ波長範囲内
で、分光透過率分布の中心波長を任意に選択でき、その
分布の波長の半値幅の全チャンネルの平均値が30nm
であり、分光透過率は波長によって変化し6〜60%で
あった。分光反射率スペクトル推定装置として、PRO
SIDE社製ブック型PC(パーソナルコンピュータ)
を用い、Windows 95上で分光反射率のスペクトル分布
を推定するためのソフトウェアをC++言語で作成した。
なお、PROSIDE社製ブック型PCは、CPUが1
66MHz であり、RAMは128Mbyte であった。
Next, based on the method and system for estimating the spectral reflectance of the spectral reflectance of the multiband image, the spectrum of the spectral reflectance of the subject was obtained from the multiband image. DA as a CCD camera
LSA CA-D4-1024A (1024 x 102 pixels)
4. A Varispec Tunable Filter (liquid crystal tunable filter) manufactured by CRI was used as a wavelength variable filter using a pixel size of 12 × 12 microns, with a PCI interface, and monochrome. In this liquid crystal tunable filter, the center wavelength of the spectral transmittance distribution can be arbitrarily selected within the filter wavelength range of 400 to 720 nm, and the average value of all the channels having a half width of the distribution wavelength is 30 nm.
And the spectral transmittance varied from 6 to 60% depending on the wavelength. PRO as spectral reflectance spectrum estimator
Book type PC (personal computer) manufactured by SIDE
, Software for estimating the spectral distribution of the spectral reflectance on Windows 95 was created in C ++ language.
The book type PC manufactured by PROSIDE has a CPU of 1
It was 66 MHz and the RAM was 128 Mbytes.

【0063】撮影の光源としてメタルハライドランプを
用い、撮影被写体の照度を12000lux とした。撮影
に使用した撮影レンズはNikomart(f=50mm ,F
1.4)を用い、さらに400nm以下の紫外線カット
フィルタと730nm以上の赤外カットフィルタを用い
た。また、撮影波長範囲410nm〜710nmを16
分割して16チャンネルとし、各波長間隔を20nmと
した。撮影は、人物顔とマクベスチャートとを同時に撮
影した。また液晶チューナブルフィルタの分光透過率分
布を各分割したチャンネルに応じて変化させて撮影し、
マルチバンド画像を構成する原画像を16枚得た。撮影
時の絞り値はF2.8であった。撮影時間は1ショット
25m秒であり、マルチバンド画像の撮影全体に3秒を
要した。
A metal halide lamp was used as a light source for photographing, and the illuminance of the photographing subject was set to 12,000 lux. The shooting lens used for shooting is Nikomart (f = 50mm, F
1.4), and an ultraviolet cut filter of 400 nm or less and an infrared cut filter of 730 nm or more were used. The imaging wavelength range of 410 nm to 710 nm is set to 16
It was divided into 16 channels, and each wavelength interval was 20 nm. For photographing, a human face and a Macbeth chart were simultaneously photographed. In addition, shooting by changing the spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter according to each divided channel,
Sixteen original images constituting the multiband image were obtained. The aperture value at the time of shooting was F2.8. The shooting time was 25 ms for one shot, and it took 3 seconds for the entire shooting of the multiband image.

【0064】まず、処理aとして、各チャンネルに対応
する原画像中のマクベスチャート画像のうち最下段にあ
る分光反射率が既知の6つのグレーパッチから、このグ
レーパッチの画像データ値(QL値)を各チャンネル毎
に得、このグレーパッチ画像のQL値とこのグレーパッ
チの既知の分光反射率の値との対応付けを行い、各チャ
ンネル毎に1次元ルックアップテーブルを作成し、その
後人物顔のQL値から、先に作成した1次元ルックアッ
プテーブルを用いて撮影被写体の人物顔の分光反射率の
スペクトル分布を得た。
First, as a process a, image data values (QL values) of six gray patches whose spectral reflectances are known at the bottom of the Macbeth chart image in the original image corresponding to each channel are obtained. Is obtained for each channel, a QL value of this gray patch image is associated with a known spectral reflectance value of this gray patch, and a one-dimensional lookup table is created for each channel. From the QL value, the spectral distribution of the spectral reflectance of the human face of the photographing subject was obtained using the one-dimensional lookup table created earlier.

【0065】また、処理bとして、マルチバンド画像の
撮影の前に、CCDカメラの分光感度分布(光学系の分
光透過率を含む分光感度分布)と、各チャンネルに対応
する波長域の液晶チューナブルフィルタの分光透過率分
布とを測定し、その後、処理aの処理を行った。さら
に、液晶チューナブルフィルタのチャンネルに対応する
波長域の分光透過率分布と、CCDカメラの分光感度分
布と、撮影時の照明光の既知の分光強度分布とを乗算し
て得られる特定のチャンネルの装置関数を選択し、この
装置関数h(λ)と撮影被写体の人物顔の分光反射率の
スペクトル分布I(λ)とを用いて、式(4)に従って
FFTを利用したフーリエ変換法によるデコンボリュー
ション処理を行い、較正済の被写体固有の分光反射率の
スペクトル分布を得た。
As processing b, before photographing the multi-band image, the spectral sensitivity distribution of the CCD camera (the spectral sensitivity distribution including the spectral transmittance of the optical system) and the liquid crystal tunable in the wavelength range corresponding to each channel. The spectral transmittance distribution of the filter was measured, and then the process a was performed. Furthermore, the spectral transmittance distribution of the wavelength range corresponding to the channel of the liquid crystal tunable filter, the spectral sensitivity distribution of the CCD camera, and the known spectral intensity distribution of the illumination light at the time of shooting are multiplied by a specific channel. Using the device function h (λ) and the spectral distribution I (λ) of the spectral reflectance of the human face of the photographing subject, deconvolution by the Fourier transform method using FFT according to the equation (4), using the device function h (λ) The process was performed to obtain a calibrated spectral distribution of the spectral reflectance specific to the subject.

【0066】また、処理cとして、処理bと同様に、マ
ルチバンド画像の撮影の前に、CCDカメラの分光感度
分布(光学系の分光透過率を含む分光感度分布)と、各
チャンネルに対応する波長域の液晶チューナブルフィル
タの分光透過率分布とを測定し、その後、処理aの処理
を行った。その後、CCDカメラの分光感度分布(光学
系の分光透過率を含む分光感度分布)と、各チャンネル
に対応する波長域の液晶チューナブルフィルタの分光透
過率分布と、撮影時の照明光の既知の分光強度分とか
ら、式(2)の行列Fを計算した。その際、マルチバン
ド画像の測定点の数は16(n=16)であり、波長間
隔は20nmであった。一方、CCDカメラの分光感度
分布と、液晶チューナブルフィルタの波長域の分光透過
率分布の波長間隔が5nmであり、最終的に求める較正
済みの被写体固有の分光反射率のスペクトル分布も5n
mであり、撮影波長範囲410nm〜710nmでチャ
ンネル数が81(m=81)となった。そのため、式
(2)の両辺に行列Fの転置行列Ft を掛けたのち、行
列(Ft ・F)の逆行列を求め、式(2)の右辺の被写
体固有の分光反射率の値Ok (k=1〜81)を計算
し、較正済み分光反射率のスペクトル分布O(λ)を計
算して求めた。なお、逆行列を求める計算はガウス−ザ
イデル法を用いた。
As the process c, as in the case of the process b, before photographing the multi-band image, the spectral sensitivity distribution of the CCD camera (the spectral sensitivity distribution including the spectral transmittance of the optical system) and each channel are corresponded. The spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter in the wavelength range was measured, and then the process a was performed. Then, the spectral sensitivity distribution of the CCD camera (the spectral sensitivity distribution including the spectral transmittance of the optical system), the spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter in the wavelength range corresponding to each channel, and the known illumination light at the time of shooting. The matrix F of the equation (2) was calculated from the spectral intensity. At that time, the number of measurement points of the multiband image was 16 (n = 16), and the wavelength interval was 20 nm. On the other hand, the wavelength interval between the spectral sensitivity distribution of the CCD camera and the spectral transmittance distribution in the wavelength region of the liquid crystal tunable filter is 5 nm, and the finally obtained spectral distribution of the spectral reflectance specific to the calibrated subject is also 5n.
m, and the number of channels was 81 (m = 81) in the imaging wavelength range of 410 nm to 710 nm. Therefore, after multiplied by the transposed matrix F t of the matrix F in the both sides of the equation (2), the matrix (F t · F) determined the inverse of the value of the right side object-specific spectral reflectance of the formula (2) O k (k = 1 to 81) was calculated, and the spectral distribution O (λ) of the calibrated spectral reflectance was calculated and obtained. The calculation for obtaining the inverse matrix used the Gauss-Seidel method.

【0067】得られた分光反射率のスペクトル分布よ
り、色空間座標に変換しマクベスチャート24パッチの
分光反射率の差の絶対値の平均値(ΔRav)と色差の平
均値(ΔEav)を求めた。ここで、分光反射率の差を求
めているのは、色差だけでなく、分光反射率の精度が問
題となるからである。色差が0でも、分光反射率に大き
い差が生じる場合、すなわちメタメリズムといった現象
が生じる場合もある。処理aでは、処理aに要する処理
時間は1分15秒であり、ΔRavは0.0093、ΔE
avは2.70であった。処理bでは、処理bに要する処
理時間は13分01秒であり、ΔRavは0.0083、
ΔEavは1.68であった。さらに、処理cに要する処
理時間は5分36秒であり、ΔRavは0.0080、Δ
avは1.67であった。
The spectral distribution of the obtained spectral reflectance is converted into color space coordinates, and the average value (ΔR av ) and the average value (ΔE av ) of the absolute values of the differences between the spectral reflectances of the 24 patches of the Macbeth chart are calculated. I asked. Here, the difference in the spectral reflectance is determined because not only the color difference but also the accuracy of the spectral reflectance becomes a problem. Even when the color difference is 0, a large difference in spectral reflectance may occur, that is, a phenomenon such as metamerism may occur. In the processing a, the processing time required for the processing a is 1 minute and 15 seconds, ΔR av is 0.0093, ΔE
av was 2.70. In the processing b, the processing time required for the processing b is 13 minutes 01 seconds, ΔR av is 0.0083,
ΔE av was 1.68. Further, the processing time required for the processing c is 5 minutes and 36 seconds, ΔR av is 0.0080, Δ
E av was 1.67.

【0068】このように、処理a、bおよびcは、分光
反射率の差の絶対値の平均値ΔRavと平均値ΔEavを実
効的に落さず、短時間で処理することができることは明
らかである。
As described above, the processes a, b and c can be performed in a short time without effectively reducing the average value ΔR av and the average value ΔE av of the absolute value of the difference between the spectral reflectances. it is obvious.

【0069】以上、本発明のマルチバンド画像の分光反
射率のスペクトル推定方法およびスペクトル推定システ
ムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限
定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、
各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんであ
る。
Although the method and system for estimating the spectral reflectance of a multiband image according to the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and does not depart from the gist of the present invention. At
Of course, various improvements and changes may be made.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、波長可変フィルタを用いてマルチバンド画像を
撮影し、これを用いて撮影被写体の分光反射率のスペク
トルを推定する際に、実効的にスペクトルの推定精度を
落すことなく、推定スペクトルを求める処理時間を短縮
することができる。
As described in detail above, according to the present invention, when a multi-band image is photographed using a wavelength tunable filter and the spectrum of the spectral reflectance of the photographed subject is estimated using the photographed image. In addition, the processing time for obtaining the estimated spectrum can be reduced without effectively lowering the spectrum estimation accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明のマルチバンド画像の分光反射率のス
ペクトル推定システムの一例の概略を示すブロック図で
ある。
FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating an example of a system for estimating a spectral reflectance of a multiband image according to the present invention.

【図2】 図1に示す液晶チューナブルフィルタの分光
透過率の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the spectral transmittance of the liquid crystal tunable filter shown in FIG.

【図3】 本発明のマルチバンド画像の分光反射率のス
ペクトル推定方法の一例の概要を説明する説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an outline of an example of a method of estimating a spectral reflectance spectrum of a multiband image according to the present invention.

【図4】 本発明のマルチバンド画像の分光反射率のス
ペクトル推定方法の一例のフローを説明するフローチャ
ートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a flow of an example of a method for estimating a spectral reflectance spectrum of a multiband image according to the present invention.

【図5】 図4に示すデコンボリューション処理を説明
する説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a deconvolution process shown in FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 マルチバンド画像分光反射率のスペクトル推定シ
ステム 12 CCDカメラ 14 液晶チューナブルフィルタ 16 分光反射率スペクトル推定装置 18 データ処理部 20 1次元LUT 22 分光反射率スペクトル算出部 24 ノイズ除去処理部 26 内挿補間処理部 28 圧縮・伸張変換部 30 温度補正用分光反射率データ部 32 フィルタ温度補正部 34 デコンボリューション処理部 36 伸張・圧縮逆変換部
Reference Signs List 10 Spectrum estimation system for multiband image spectral reflectance 12 CCD camera 14 Liquid crystal tunable filter 16 Spectral reflectance spectrum estimating device 18 Data processing unit 20 One-dimensional LUT 22 Spectral reflectance spectrum calculating unit 24 Noise removal processing unit 26 Interpolation Processing unit 28 Compression / expansion conversion unit 30 Spectral reflectance data unit for temperature correction 32 Filter temperature correction unit 34 Deconvolution processing unit 36 Expansion / compression inverse conversion unit

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】波長可変フィルタを用いて、撮影波長領域
を複数チャンネルに分割し、各チャンネルに対応して同
一の被写体を撮影手段により撮影した複数の原画像から
成るマルチバンド画像を得、このマルチバンド画像から
前記被写体の分光反射率のスペクトルを推定する方法で
あって、 前記波長可変フィルタは、チャンネル数が10チャンネ
ル以上であって、全チャンネルの分光透過率分布の平均
波長半値幅が40nm以下である波長可変フィルタであ
り、 前記チャンネル毎に、分光反射率が既知のチャートを撮
影して得られるQL値を前記分光反射率と対応させた変
換テーブルを予め作成し、 マルチバンド画像の各チャンネルの原画像のQL値から
前記変換テーブルを用いて、分光反射率に変換すること
によって、被写体の分光反射率のスペクトルを推定する
ことを特徴とするマルチバンド画像の分光反射率のスペ
クトル推定方法。
An imaging wavelength region is divided into a plurality of channels by using a wavelength variable filter, and a multi-band image composed of a plurality of original images obtained by imaging the same subject by an imaging means corresponding to each channel is obtained. A method for estimating a spectrum of a spectral reflectance of the subject from a multi-band image, wherein the wavelength variable filter has 10 or more channels, and an average wavelength half width of a spectral transmittance distribution of all channels is 40 nm. A wavelength tunable filter, which is as follows: a conversion table in which a QL value obtained by photographing a chart having a known spectral reflectance is associated with the spectral reflectance for each channel, and a conversion table is created for each of the multiband images. By converting the QL value of the original image of the channel into the spectral reflectance using the conversion table, the spectral reflectance of the subject is obtained. Spectral estimation method of the spectral reflectance of the multi-band images and estimates the spectrum.
【請求項2】前記波長可変フィルタは、液晶チューナブ
ルフィルタである請求項1に記載のマルチバンド画像の
分光反射率のスペクトル推定方法。
2. The method according to claim 1, wherein the variable wavelength filter is a liquid crystal tunable filter.
【請求項3】推定された前記被写体の分光反射率のスペ
クトル分布に対して、前記チャンネルの波長領域での前
記波長可変フィルタの分光透過率分布と、前記撮影手段
の分光感度分布と、撮影時の撮影照明光の分光強度分布
との積によって定まる1つの装置関数を用いて、デコン
ボリューション処理を行って被写体の分光反射率のスペ
クトルを較正する請求項1または2に記載のマルチバン
ド画像の分光反射率のスペクトル推定方法。
3. A spectral transmittance distribution of the tunable filter in a wavelength region of the channel, a spectral sensitivity distribution of the photographing unit, and a spectral sensitivity distribution of the estimated spectral reflectance of the subject. 3. The spectrum of a multiband image according to claim 1 or 2, wherein a deconvolution process is performed to calibrate the spectrum of the spectral reflectance of the subject using one device function determined by a product of the spectral intensity distribution of the photographing illumination light. Method for estimating reflectance spectrum.
【請求項4】前記デコンボリューション処理は、フーリ
エ変換、または行列演算を用いて行われる請求項3に記
載のマルチバンド画像の分光反射率のスペクトル推定方
法。
4. The method according to claim 3, wherein the deconvolution processing is performed by using a Fourier transform or a matrix operation.
【請求項5】前記装置関数は、前記チャンネルによって
撮影される波長領域の中心波長から上下50nmの範囲
内で値を有する装置関数が選択される請求項3または4
に記載のマルチバンド画像の分光反射率のスペクトル推
定方法。
5. An apparatus function having a value within a range of 50 nm above and below a center wavelength of a wavelength region photographed by the channel, as the apparatus function.
6. The method for estimating the spectral reflectance of a multiband image according to the above.
【請求項6】前記デコンボリューション処理を行う前
に、前記波長可変フィルタの半値幅に応じて、前記被写
体の分光反射率のスペクトルの波長を圧縮または伸張
し、 さらに、前記デコンボリューション処理を行った後に、
前記波長の圧縮または伸張に対応して、デコンボリュー
ション処理によって得られた被写体の分光反射率のスペ
クトルの波長を伸張または圧縮する逆変換を施す請求項
3〜5のいずれかに記載のマルチバンド画像の分光反射
率のスペクトル推定方法。
6. The deconvolution process according to claim 1, wherein the wavelength of the spectral reflectance spectrum of the object is compressed or expanded according to the half-value width of the tunable filter before performing the deconvolution process. later,
The multiband image according to claim 3, wherein inverse conversion is performed to expand or compress the wavelength of the spectrum of the spectral reflectance of the subject obtained by the deconvolution processing in accordance with the compression or expansion of the wavelength. Method for estimating the spectral reflectance of the spectrum.
【請求項7】前記デコンボリューション処理を行う際
に、波長可変フィルタの温度依存性を補償するフィルタ
温度補正を行う請求項2〜6のいずれかに記載のマルチ
バンド画像の分光反射率のスペクトル推定方法。
7. The spectrum estimation of a spectral reflectance of a multiband image according to claim 2, wherein a filter temperature correction for compensating for a temperature dependency of the wavelength tunable filter is performed when the deconvolution processing is performed. Method.
【請求項8】前記フィルタ温度補正は、分光反射率分布
が既知で、波長に対して急激な変化を示す彩度の高いカ
ラーチャートを撮影し、これを用いてカラーチャートの
分光反射率分布を求め、 この求めた分光反射率分布の波形と既知の前記分光反射
率の波形とが一致する波長のシフト量を求め、 この求めたシフト量に応じて、前記被写体の分光反射率
分布の補正を行う請求項7に記載のマルチバンド画像の
分光反射率のスペクトル推定方法。
8. The filter temperature correction according to claim 1, wherein the spectral reflectance distribution is known, and a high-saturation color chart showing a sharp change with respect to wavelength is photographed. A shift amount of a wavelength at which the obtained waveform of the spectral reflectance distribution coincides with the known waveform of the spectral reflectance is determined, and correction of the spectral reflectance distribution of the subject is performed according to the obtained shift amount. The method for estimating a spectral reflectance of a multi-band image according to claim 7.
【請求項9】前記波長可変フィルタは、液晶部を備える
液晶チューナブルフィルタであり、 前記フィルタ温度補正は、前記液晶チューナブルフィル
タの前記液晶部に接する温度計から得られる前記液晶部
の温度とこの液晶チューナブルフィルタの分光透過率分
布との関係を予め特性データとして記憶し、 マルチバンド画像の撮影の際の前記液晶部の温度から、
液晶チューナブルフィルタの分光透過率分布の波長のシ
フト量を求め、 このシフト量に応じて、前記被写体の分光反射率分布を
補正する請求項7に記載のマルチバンド画像の分光反射
率のスペクトル推定方法。
9. The liquid crystal tunable filter including a liquid crystal unit, wherein the filter temperature correction is performed by comparing a temperature of the liquid crystal unit obtained from a thermometer in contact with the liquid crystal unit of the liquid crystal tunable filter. The relationship with the spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter is stored in advance as characteristic data, and the temperature of the liquid crystal unit at the time of capturing a multi-band image is
8. The spectral estimation of the spectral reflectance of a multiband image according to claim 7, wherein a shift amount of a wavelength of a spectral transmittance distribution of the liquid crystal tunable filter is obtained, and the spectral reflectance distribution of the subject is corrected according to the shift amount. Method.
【請求項10】前記デコンボリューション処理を行う前
に、 前記被写体の分光反射率のスペクトルに対して、各チャ
ンネルの中心波長間を非線形な内挿補間によって分光反
射率のスペクトルのデータ数を増やし、 この増加した分光反射率のスペクトルを用いて、前記デ
コンボリューション処理を行う請求項3〜9のいずれか
に記載のマルチバンド画像の分光反射率のスペクトル推
定方法。
10. Before performing the deconvolution processing, the number of spectral reflectance spectrum data is increased by nonlinear interpolation between the center wavelengths of the respective channels with respect to the spectral reflectance spectrum of the subject; The method for estimating a spectral reflectance spectrum of a multiband image according to claim 3, wherein the deconvolution process is performed using the spectrum of the increased spectral reflectance.
【請求項11】データ数の増加した前記分光反射率のス
ペクトルは、波長間隔が10nm以下である請求項10
に記載のマルチバンド画像の分光反射率のスペクトル推
定方法。
11. The spectral reflectance spectrum having an increased number of data has a wavelength interval of 10 nm or less.
6. The method for estimating the spectral reflectance of a multiband image according to the above.
【請求項12】被写体を撮影する撮影手段と、 前記撮影手段で被写体を撮影する際に、撮影波長領域を
複数チャンネルに分割し、このチャンネルに対応した波
長領域で被写体の反射光を透過する波長可変フィルタ
と、 前記チャンネル毎に、分光反射率が既知のチャートを撮
影して得られるQL値を前記分光反射率と対応させた変
換テーブルを予め作成し、前記撮影手段および前記波長
可変フィルタを用いて撮影されたマルチバンド画像の各
チャンネルの原画像のQL値から前記変換テーブルを用
いて、分光反射率に変換することによって、被写体の分
光反射率のスペクトルを推定する分光反射率スペクトル
推定装置とを備えることを特徴とするマルチバンド画像
のスペクトル推定システム。
12. A photographing means for photographing a subject, and when photographing the subject with said photographing means, a photographing wavelength region is divided into a plurality of channels, and a wavelength which transmits reflected light of the subject in a wavelength region corresponding to the channel. A variable filter and, for each channel, a conversion table in which a QL value obtained by photographing a chart having a known spectral reflectance is associated with the spectral reflectance in advance, and using the photographing means and the wavelength variable filter, A spectral reflectance spectrum estimating apparatus for estimating a spectral reflectance spectrum of a subject by converting a QL value of an original image of each channel of a multi-band image captured by using the conversion table into a spectral reflectance. A spectrum estimation system for a multi-band image, comprising:
【請求項13】前記分光反射率スペクトル推定装置は、
前記チャンネルの波長領域で被写体の反射光を透過する
前記波長可変フィルタの分光透過率分布と、撮影手段の
分光感度分布と、撮影時の撮影照明光の分光強度分布と
の積によって定まる1つの装置関数を用いて、推定され
た前記被写体の分光反射率のスペクトルに対してデコン
ボリューション処理を行って被写体の分光反射率のスペ
クトルを較正する請求項12に記載のマルチバンド画像
のスペクトル推定システム。
13. The spectral reflectance spectrum estimating apparatus according to claim 13,
One device determined by a product of a spectral transmittance distribution of the wavelength tunable filter that transmits reflected light of a subject in a wavelength region of the channel, a spectral sensitivity distribution of an imaging unit, and a spectral intensity distribution of imaging illumination light during imaging. 13. The system for estimating the spectrum of a multiband image according to claim 12, wherein a deconvolution process is performed on the estimated spectral reflectance spectrum of the subject using a function to calibrate the spectral reflectance spectrum of the subject.
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